制备特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法技术

本发明专利技术涉及一种制备具有特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法，包括以自然界中各种生物体系或其相关的人工产物为模版，通过液相处理使其吸附大量的水合盐相转变材料，通过煅烧作用去除生物模版，得到具有生物形貌遗传的微纳米相转变材料，在保持其特殊微纳米结构不变的条件下，使相转变材料在低温下重新获得足够的结晶水，以导热性较好的聚合物、纳米金属以及碳纳米管等的复合物作为涂敷材料，在微纳米尺度上对水和盐相转变材料进行微封装，具有成本低廉并具有高效热储存功能的优点。

【技术实现步骤摘要】
制备特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法
：本专利技术属于储能材料合成领域，尤其涉及一种制备具有特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法。
技术介绍
：自上世纪七十年代出现石油危机以来，人类社会对能源的储备和利用有了前所未有的危机意识，从而带动了大量有关能源的科学研究工作，这其中主要包括新型能源的开发以及高效能源的储存和利用。不同的替代能源如燃料电池、甲醇、生物能、太阳能、潮汐能、风能、水力发电和核能等虽然相继出现和发展，但到目前为止，仍未出现比石油及相关产品更理想和更普及的能源材料及技术。因此，高效能源的储存和有效利用对能源及材料科学家来讲依然存在着巨大的挑战。尤其在热能储存(Thermal energy storage)方面，无论从科研、实际应用或是社会发展人类进步的角度，都是当今世界上一个具有深远影响力的研究课题。事实上，每年用于热储存相关用途(空调、冷藏、恒温等)的能源消耗和花费都是非常庞大的，以美国为例，大概每年有六份之一的电力是作为各类型的大厦空气调节之用，其中所涉及的金钱是每年约四十兆美元。在当今经济飞速发展的中国，这个数字也会是相当惊人的。因此，利用高效率的热存储技术，既可在夏季和冬季降低电量消耗，又能合理地从高电量需求时段转移到非颠峰低需求时段，从而大大降低用电量及能源成本。就目前我国经济高速发展趋势及对能源需求快速增长的现状来看，研究开发新一代高效热储传材料及技术，以达到能源的节约和有效利用，对我国的可持续性发展、环境的保-->护等都具有重大意义。相转变材料(Phase change materials)是近年来发展迅速、应用面极广的一种新型储能材料(介质)。20世纪80年代早期，在一个美国宇航局的研究项目中，一种基于相转变材料应用的新技术诞生了。这一开发计划的目的是更好地保护宇航员和珍贵设备，使其免受外太空温度急剧变化的影响。对于相转变材料及其潜热的储存和应用的广泛研究是近20年的事。其主要应用包括特种仪器仪表(航天、卫星、航海、军事雷达等特殊设备必须在允许的温度范围内工作)，例如人造卫星运行时选用的合适温度为25~30℃，因此最初的相转变材料研究也由此开始。对一些常规仪器，也可用相转变材料来进行温控，这方面美国和日本都有专利报道。而国外近年来关注最多的则是相转变材料用于取暖和建筑材料的研究。Hawes等研究了有机相转变材料在各种建筑水泥中的稳定性并得出结论，这些相转变材料渗入水泥后能够显著提高墙体的储热能力，但其长期的稳定性不能得到保障。Ismail等使用多元醇的混合物作为储能材料并建成了试验测试房，利用一维导热型相变模型进行了数值模拟，空调负荷可以减少25~30％。美国管道系统公司研究和利用CaCl2.6H2O作储热体系，制造出相变温度为25℃的相转变材料。美国还推出了一种新产品，将相转变材料密封在高密度的聚乙烯管中(管长15.24cm，直径8.89cm)，每根管子售价30美元；法国ELF-Union公司用水和盐Na2SO4.10H2O为主的储热材料，估计1.7吨可供100m2的家庭取暖之用。利用相变材料作为热储存介质，在国际上处于领先的还有奥克兰Khudhair的研究小组，他们成功制造出毫米大小储存了石蜡相变材料的微胶囊并应用于建筑材料上。产业化的法国Cristopia分司则以大型塑料球(直径约十厘米)储存水合盐相变材料并作为大型热储存之用。两个研究单位都致力于将相变材料放置于较小个体中(毫米至厘米大小)来增加相变材料的表面-->积，以便更有效地与周围环境进行热交换。我国对于相转变材料及技术的研究也是近年来才开始的，并取得了一系列的科研成果。浙江大学王剑锋从太阳能动力系统储热、建筑围护结构储热、以及组合式相转变材料储热地角度出发，对国内外相转变材料的储热研究情况进行了综述；同济大学建筑材料研究所在各种相转变材料中优选出相变温度合适、相变潜热较高、不过冷的正十二醇和癸酸，并应用于建筑墙体材料；另外，华中理工大学马芳梅研究了正十六烷、正十八烷、硬脂酸正丁酯等分别与几种建材基体制成储能建材的性质；青岛大学夏延致则通过阻燃相变防护性纤维的制备及结构与性能的研究，并将相转变材料用于消防服、冶金防护服等特殊服饰中；广州化学研究所则用溶液共混法制备出一种具有固--固相转变特性的复合高分子储能控温材料，相变焓达142焦/克，主要用于制作无电源线类的电熨斗、保温托盘、保温服装和在电子、能源等行业中应用。2004年底，由化学工业出版社出版了我国第一部全面介绍储能材料与技术的专著《储能材料与技术》。综上所述，相转变材料作为新型智能的储热材料正在全世界范围内得到越来越多的重视，随着各项研究的深入开展，其应用范围也将越来越广泛。但是，从技术层面上来讲，国内外的相转变材料研究大都注重对现成材料的使用技术开发，而缺乏系统地从微观结构的研究出发，通过制备具有特殊微观结构的产品来最大限度地利用相转变材料的储能效果。从实际技术及应用层面我们也清楚地认识到，通常的有机相转变材料如石蜡、长链烷烃等很难真正用于室温范围内的热储存用途，例如用于房屋外墙作为室温或热舒适(thermal comfortable)环境下的热储存材料(所谓热舒适环境是指温度在摄氏20-30℃左右的温度环境)。而在传统技术方法下的水和盐相转变材料如CaCl2.6H2O和Na2SO4.10H2O等尽管具有熔点合适、潜热大以及价格低廉的优势，实际应用于建筑材料的并不-->多见，这主要是因为此种材料具有很强的吸潮性和较低的化学稳定性。因此，寻找更加高效、更加稳定的相转变材料以及新的制备方法已成当务之急。
技术实现思路
：针对以上水合盐相转变材料在制备及应用过程中存在的不足，本专利技术旨在通过一个最近发展起来的“生物形貌遗传”技术以及“冷水合作用”和“纳米导热材料微封装”等技术，制造出具有特殊微纳米结构、成本低廉并具有高效热储存功能的水合盐相转变材料。本专利技术的目的是这样实现的：包括以下几个方面：(1)以自然界中各种生物体系(棉花、羊毛、树木等)或其相关的人工产物(纸张、棉布等)为模版，并通过液相处理使其吸附大量的水合盐相转变材料，然后通过煅烧作用去除生物模版，从而得到具有生物形貌遗传的微纳米相转变材料；(2)在保持其特殊微纳米结构不变的条件下，使相转变材料在低温下重新获得足够的结晶水；(3)以导热性较好的聚合物、纳米金属(铜、银等)、以及碳纳米管等的复合物作为涂敷材料，在微纳米尺度上对水和盐相转变材料进行微封装。本专利技术将“生物形貌遗传技术”或者单独的“生物模版浸泡”运用于高效储能相转变材料的合成。这种方法得到的水和盐相转变材料具有特殊的微纳米结构，在传统方案中是不存在的，其比表面积、孔隙度等均得到大幅度提高；不同于以往的胶囊封装技术(在厘米、毫米尺度上制备和封装相转变材料)，本专利技术在微纳米尺度上制备和封装水合盐相转变材料；不同于简单的聚合物涂敷技术，本专利技术创新性地把纳米金属材料、碳纳米管等前沿科技产品运用于封装材料，从而达到优良的储能和导热性能以及很高的化学稳定性。具体实施方式：-->实施例1：1、通过电子显微镜的形貌分析，筛选出具有各种特殊微结构的生物材料作为″生物形貌遗传技术″的模版。作为模版的生物体系(原料)主要是自然界中以碳元素为主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法，其特征在于：包括以下几个方面：（１）以自然界中各种生物体系如棉花、羊毛、树木或其相关的人工产物如纸张、棉布为模版，并通过液相处理使其吸附大量的水合盐相转变材料，然后通过煅烧作用去除生物模版，从而得到具有生物形貌遗传的微纳米相转变材料；（２）在保持其特殊微纳米结构不变的条件下，使相转变材料在低温下重新获得足够的结晶水；（３）以导热性较好的聚合物、纳米金属以及碳纳米管的复合物作为涂敷材料，在微纳米尺度上对水和盐相转变材料进行微封装。

【技术特征摘要】
1、一种制备具有特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法，其特征在于：包括以下几个方面：(1)以自然界中各种生物体系如棉花、羊毛、树木或其相关的人工产物如纸张、棉布为模版，并通过液相处理使其吸附大量的水合盐相转变材料，然后通过煅烧作用去除生物模版，从而得到具有生物形貌遗传的微纳米相转变材料；(2)在保持其特殊微纳米结构不变的条件下，使相转变材料在低温下重新获得足够的结晶水；(3)以导热性较好的聚合物、纳米金属以及碳纳米管的复合物作为涂敷材料，在微纳米尺度上对水和盐相转变材料进行微封装。2、根据权利要求1所述的制备具有特殊微纳米结构水合盐相转变材料的化学方法，其特征在于：具体步骤如下：第一步：通过电子显微镜的形貌分析，筛选出具有各种特殊微结构的生物材料作为″生物形貌遗传技术″的模版，作为模版的生物体系是指自然界中以碳元素为主要成份的生物材料，包括棉花、树木、羊毛及其相关的人工产物，如纸张、纸板、棉布，第二步：筛选出相转变温度合适、具有很高潜热并且价格低廉的水合盐，作为前驱体的水合盐相转变材料，包括硫酸钠、硫酸镁、硫酸铜、氯化钙、氯化镁、氟化钾、硫酸铝钾、硝酸钙、硝酸镁，第三步：采用″生物形貌遗传技术″，把生物模版材料浸入水合盐溶液中进行液相处理，包括自然浸泡、超声浸泡、水热处理、微波处理等处理方法以达到合适的吸附量，然后通过煅烧作用去除生物模版，从而得到具有生物形貌遗传的微纳米相转变材料，第四步：作出相应的水合盐溶液浓度、浸泡时间与水合盐“生物形貌遗传”产物重量的关系曲线，并与相应的产物形貌做比照，最佳浸泡时间为20-100分钟，第五步：针对煅烧温度、升温及降温速率等条件对产物形貌和物理、化学等性能的影响，最佳煅烧温度在400-700摄氏度，最佳升温速率在5-15摄氏度/分钟，第六步：煅烧后获得的无水盐，在保持其特殊微纳米结构不变的条件下，在低温下重新获得足够的结晶水，即冷水合作用，第七步：针对冷冻温度及冷水气密度对冷水合作用效果的影响，“冷水合作用”的最佳处理温度为0-10摄氏度，第八步：“冷水合作用”的实施采用以下两种方法：(a)低温饱和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜如虚，郑直，黄家伟，黄保军，王淑敏，冷静，孙蓉，
申请(专利权)人：杜如虚，黄家伟，郑直，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]