无机纳米复合材料蓄热块及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无机纳米复合材料蓄热块及其制备方法，无机纳米复合材料蓄热块按原料占总投料的质量分数计，包括以下组分：介孔纳米二氧化硅≥12%wt、0<二元共晶盐≤3%wt、氧化镁≥70%wt、氧化铁≥6%wt、0<氧化钙≤5%wt、其它≤4%wt。所述制备方法包括：定料配比、混合研磨、网筛过滤、压制成坯、烧结成型。本发明专利技术提供了节能环保、蓄热量大、放热持久的无机纳米复合材料蓄热块，实现了对低谷电、太阳能、工业余热等能源形式的高效存储与利用。

【技术实现步骤摘要】
无机纳米复合材料蓄热块及其制备方法
本专利技术涉及蓄热材料
，具体涉及一种无机纳米复合材料蓄热块及其制备方法。
技术介绍
随着国家对环境保护的重视以及对使用清洁能源的提倡，将清洁无污染的材料应用于工业节能、农业温室、热力烘干、区域供暖等领域已成为能源发展的一大趋势。然而，在电力资源配置过程中将高峰用电转移到低谷时段使用，节约成本的同时对电力供应的峰谷起到调节作用；另一方面，在生产生活中对工业余热以及太阳能的合理贮存与利用也是节约能源的一大途径。将蓄热储能材料应用于储存廉价的低谷电、工业余热、太阳能等将有利于我国能源结构的优化与调整。在众多蓄热方法中，熔融盐储能虽然可以通过熔融状态的盐达到能量储存的目的，但是存在易凝固、易腐蚀、投资大、对设备要求较高等缺点；水蓄热式储热设备占地面积大、蓄热温度低、储热量小；传统的固体显热蓄热材料往往存在蓄热材料储散热不均匀、热损大、能量利用率低等不足。开发设计一种新型节能环保的无机纳米复合材料来实现对廉价谷电、工业余热、太阳能的高效存贮将有利于满足人们对能源合理利用的需要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种无机纳米复合材料蓄热块及其制备方法，采用介孔纳米材料与混合无机盐、金属氧化物等材料复合的方法制备而成的无机纳米复合材料蓄热块具有蓄热量大、蓄热稳定、材料强度高、清洁环保等特点。纳米颗粒粉体或合成块体因其独特的微纳结构通常使材料具有高强度和高韧性的特点。本专利技术是通过如下技术方案实现的：提供一种无机纳米复合材料蓄热块，按原料占总投料的质量分数计，包括以下组分：介孔纳米二氧化硅≥12%wt、0<二元共晶盐≤3%wt、氧化镁≥70%wt、氧化铁≥6%wt、0<氧化钙≤5%wt、其它≤4%wt。进一步的，所述的二元共晶盐为碳酸钠和碳酸钡组成的混合盐。更进一步的，所述的碳酸钠和碳酸钡的质量比为1~1.2：1~2。上述无机纳米复合材料蓄热块的制备方法，包括以下步骤：S1定料配比：按照权利要求1所述的各组分的质量分数将介孔二氧化硅材料、二元共晶盐、氧化镁、氧化铁、氧化钙和其它进行混合；。S2混合研磨：将按照S1中比例称量好的原料分批次加入搅拌机搅拌，然后转移至颗粒机内进行研磨搓沙；S3网筛过滤：用过滤网筛对S3中研磨后的粉料进行过滤；S4压制成坯：将S3中网筛过滤后的物料装入模具液压成坯；S5烧结成型：对S4压制成型的坯块进行烧结即可制备得到无机纳米复合材料蓄热块。进一步的，在S2混合研磨过程中先将介孔二氧化硅和二元共晶盐加入搅拌机进行第一次搅拌混合，然后再加入氧化镁、氧化铁、氧化钙进行第二次搅拌；最后以喷淋加水的形式进行第三次搅拌。进一步的，在S6烧结成型过程中以5℃/min的升温速率进行升温，当温度达到110℃时停止升温并将温度在110℃维持2h，然后以3℃/min的升温速率进行升温并升温到950℃并保持4h，最后以5℃/min降温速率降至室温。作为优选，在S4压制成坯过程中，将坯块设计为两端截角且中空的长方块结构。两端截角且中空的纳米复合蓄热块，其中空部分是用于安装加热元件的加热孔道，多个无机纳米复合材料蓄热块首尾相接在其截角处堆砌成散热孔道，利于散热。作为优选，所述的介孔二氧化硅材料的直径尺寸为400-600nm。介孔级空洞遍布在二氧化硅颗粒上与二元共晶盐在高温烧结过程中二元共晶盐熔融后浸入二氧化硅上的介孔内，形成微结构储能胶囊且又作为粘结剂使材料的结构增强，该纳米尺寸范围的二氧化硅要比普通二氧化硅的粘结性更强，在提高蓄热能力的同时增强了蓄热块的强度韧性也提高了蓄热块的使用寿命。作为优选，所述的氧化镁、氧化铁和氧化钙的工业级纯度均在99%以上。氧化镁、氧化铁和氧化钙的工业级纯度较高，可以增强纳米蓄热块的纯度，使其具有较高的储热效率。作为优选，所述的过滤网筛孔径为100目。过滤网筛孔径为100目是为了是物料颗粒达到足够小的尺寸，从而避免形成的块体出现裂纹。本专利技术与现有技术相比其有益效果在于：一、将纳米材料和无机盐以及金属氧化物复合制备而成的无机纳米复合材料蓄热块具有蓄热量大、储放热稳定，使用温度范围广、使用寿命长等优点。二、无机纳米复合材料蓄热块的储热密度高，相同体积单位无机纳米复合材料蓄热块的储热量比普通固体蓄热材料提高了50%左右。三、将介孔纳米二氧化硅材料用于蓄热块的合成增加了粘结剂的强度，使材料具有更好的韧性和强度的同时还可以促使热量分布均匀，提高了材料的热能利用率。四、无机纳米复合材料蓄热块中不含有机物成分，在高温加热或放热过程中材料性质稳定且无有害物质产生，是一种环境友好型的蓄热材料。附图说明图1是本专利技术中多块无机纳米复合材料蓄热块有序堆砌的示意图；图2是实施例1中使用介孔纳米SiO2的SEM图；图3是图2中介孔纳米SiO2的结构示意图；图4是图3中介孔纳米SiO2填充二元共晶盐后的结构示意图；图5是本专利技术无机纳米复合材料蓄热块的主视图；图6是本专利技术无机纳米复合材料蓄热块的左视图；图7为本专利技术与现有技术固体蓄热材料的性能指标对比图。图中所示：1、无机纳米复合材料蓄热块，2、加热孔道，3、散热孔道。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。实施例1：一种无机纳米复合蓄热块，按原料占总投料的质量分数计，包括以下组分：介孔纳米二氧化硅12%wt、二元共晶盐3%wt、氧化镁70%wt、氧化铁6%wt、氧化钙5%wt、其它4%wt。其中其他可以为水，或无法排除的杂质等。所述的二元共晶盐为碳酸钠和碳酸钡组成的混合盐，且碳酸钠和碳酸钡的质量比为12：13。所述的氧化镁、氧化铁和氧化钙的工业级纯度均在99%以上。上述的无机纳米复合蓄热块的制备方法，包括以下步骤：S1定料配比：按照上述的各组分的质量分数将介孔二氧化硅材料、二元共晶盐、氧化镁、氧化铁、氧化钙和其它进行混合；。S2混合研磨：将按照S1中比例称量好的原料分批次加入搅拌机搅拌，然后转移至摇摆式颗粒机内进行研磨搓沙；在S2混合研磨过程中先将介孔二氧化硅和二元共晶盐加入搅拌机进行第一次搅拌混合，然后再加入氧化镁、氧化铁、氧化钙进行第二次搅拌；最后以喷淋加水的形式进行第三次搅拌。S3网筛过滤：用网筛孔径为100目的过滤网筛对S3中研磨后的粉料进行过滤；S4压制成坯：将S3中网筛过滤后的物料装入模具液压成坯；S5烧结成型：对S4压制成型的坯块进行烧结即可制备得到无机纳米复合材料蓄热块。在S6烧结成型过程中以5℃/min的升温速率进行升温，当温度达到110℃时停止升温并将温度在110℃维持2h，然后以3℃/min的升温速率进行升温并升温到950℃并保持4h，最后以5℃/min降温速率降至室温。在S4压制成坯过程中，坯块可以根据实际需要压制成不同形状，作文本专利技术的一种实施方式，将坯块压制为两端截角且中空的长方块结构。所述的无机纳米复合材料蓄热块结构为两端截角且中空的块状，其中空部分是用于安装加热元件的加热孔道2；如图1所示，所述的无机纳米复合材料蓄热块采用在水平方向上首尾相接垂直方向上多块堆积的有序堆砌方式可形成具有加热孔道2和散热孔道3的蓄热体。所述的加热孔道2内可放置电加热棒、热介质循环加热管道或管网、热风等任一一种的加热元件；所述散热孔道3内可通入冷风本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机纳米复合材料蓄热块，其特征在于：按原料占总投料的质量分数计，包括以下组分：介孔纳米二氧化硅≥12%wt、0<二元共晶盐≤3%wt、氧化镁≥70%wt、氧化铁≥6%wt、0<氧化钙≤5%wt和其它≤4%wt。

【技术特征摘要】
1.一种无机纳米复合材料蓄热块，其特征在于：按原料占总投料的质量分数计，包括以下组分：介孔纳米二氧化硅≥12%wt、0<二元共晶盐≤3%wt、氧化镁≥70%wt、氧化铁≥6%wt、0<氧化钙≤5%wt和其它≤4%wt。2.根据权利要求1所述的无机纳米复合材料蓄热块，其特征在于：所述的二元共晶盐为碳酸钠和碳酸钡组成的混合盐。3.根据权利要求2所述的无机纳米复合材料蓄热块，其特征在于：所述的碳酸钠和碳酸钡的质量比为1~1.2:1~2。4.根据权利要求1所述的无机纳米复合材料蓄热块的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1定料配比：按照权利要求1所述的各组分的质量分数将介孔二氧化硅、二元共晶盐、氧化镁、氧化铁、氧化钙和其它进行混合；S2混合研磨：将按照S1中比例称量好的原料分批次加入搅拌机搅拌，然后转移至颗粒机内进行研磨搓沙；S3网筛过滤：用过滤网筛对S3中研磨后的粉料进行过滤；S4压制成坯：将S3中网筛过滤后的物料装入模具液压成坯；S5烧结成型：对S4压制成型的坯块进行烧结即可制备得到无机纳米复合材料蓄热块。5.根据权利要求4所述的无机纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈德朋，陈志涛，田洪增，赵其，
申请(专利权)人：山东中信能源联合装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37