一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料及其原位生成法和应用制造技术

本发明专利技术属于可再生能源规模化利用和热能储存与传递领域，公开了一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料及其原位生成法和应用。包括以下步骤：将干燥后的硝酸钾和硝酸钠按其二元相图的最低共熔点比例混合，得到硝酸熔盐的原料混合物I；按照质量比相当于MgO:硝酸熔盐为(2.5～10.0):(97.5～90.0)比例，将六水氯化镁或六水硝酸镁加入到混合物I中，得到六水氯化镁或六水硝酸镁掺杂硝酸熔盐原料混合物II；将混合物II混合均匀后，程序升温到420～500℃，恒温10～24小时确保MgO原位生成并晶化，形成MgO掺杂硝酸熔盐均匀流体；将流体自然冷却到室温并粉碎，得到高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料。

High thermal conductivity MgO doped nitric acid molten salt heat storage material and its in-situ generation method and Application

The invention belongs to the field of large-scale utilization of renewable energy and heat storage and transmission, and discloses a heat transfer material with high heat conduction MgO doped nitrate molten salt, and its in situ generation method and application. The following steps are included: mixing the dried potassium nitrate and sodium nitrate according to the minimum melting point ratio of the binary phase diagram to get the mixture I of the nitrate molten salt; the six water magnesium chloride or six magnesium nitrate is added to the mixture I according to the mass ratio equivalent to (2.5 ~ 10) (97.5 to 90), and six water is obtained by the ratio of the mass ratio of the molten salt of MgO: to (97.5 to 90). The mixture of magnesium chloride or six magnesium nitrate is doped with the mixture of nitric acid and molten salt II; after mixing the mixture II, the program is heated to 420~500, and the constant temperature for 10~24 hours ensures that the MgO is in situ formed and crystallized to form a homogeneous fluid of the MgO doped nitrate molten salt, and the fluid is cooled to the room temperature and comminuted, and the high thermal conductivity of the MgO doped nitric acid molten salt is obtained. Heat transfer and heat storage materials.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料及其原位生成法和应用
本专利技术属于可再生能源规模化利用和热能储存与传递领域，特别涉及一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料及其原位生成法和应用。
技术介绍
高效传热储热技术能有效解决太阳能规模化利用和工业余热回收过程中存在的能量供应间歇性和不稳定性问题，可有效提高能量转换和利用效率。其中高效传热储热材料的研制，是高效传热储热技术发展的关键。熔盐具有工作温度高、蒸汽压低，工作温域宽、热稳定性好、成本相对低廉等特点，是重要的中高温传热储热材料。硝酸熔盐以其熔点低、比热容大等优点，成为中高温传热储热材料的首选，其中二元硝酸熔盐(60wt.％NaNO3-40wt.％KNO3,熔点为220℃)已经成功运用于商业运营的太阳能热发电站。然而，熔盐存在着高温液体导热系数偏低的问题。在实际应用中，熔盐高温液体的导热系数决定着熔盐传热过程的换热效率，进而影响能源转化和利用效率。为此，必须提高熔盐高温液体的导热系数。申请号为CN201310029569.6、CN201310053597.1、CN201310732781.9和CN201310733405.1的中国专利技术专利申请，通过机械搅拌方法向熔盐中添加固体纳米粒子和水玻璃改善熔盐热稳定性，并声称加入纳米粒子后硝酸熔盐的导热性高。然而，在这些说明书中，未找到任何证据证明通过机械法添加纳米粒子能有效提高熔盐的导热性，而且机械搅拌法加入纳米粒子无法有效解决所加颗粒团聚问题，致使流体可能存在固/液分离问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的硝酸熔盐导热系数低的问题，以及机械法添加纳米粒子无数据证明能有效提高熔盐导热性的缺点和不足，同时，为了克服现有机械搅拌法添加固体颗粒难以有效解决颗粒团聚导致熔盐液体与固体颗粒分相的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的原位生成法。本专利技术的再一目的在于提供一种上述原位生成法得到的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料；该材料高温流体的比热容和导热系数明显提高，原位生成的MgO在熔盐流体中均匀悬浮不沉降，具有更好的传热储热性能和稳定性。本专利技术的又一目的在于提供上述高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的原位生成法，包括以下步骤：(1)将干燥后的硝酸钾和硝酸钠按其二元相图的最低共熔点比例混合，得到硝酸熔盐的原料混合物I；(2)按照质量比相当于MgO:硝酸熔盐为(2.5～10.0):(97.5～90.0)比例，将MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O加入到步骤(1)制备的混合物I中，得到MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O掺杂硝酸熔盐原料混合物II；(3)将步骤(2)得到的混合物II混合均匀后，程序升温到420℃～500℃，恒温10～24小时确保MgO原位生成并晶化，形成MgO掺杂硝酸熔盐均匀流体；(4)将步骤(3)得到的均匀流体自然冷却至室温并粉碎，得到高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料。步骤(3)所述的程序升温是为以10℃/min的升温速率加热至恒温反应温度。一种由上述的原位生成法得到的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料。上述的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料在工业高温余热回收和塔式太阳能热发电领域中的应用。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术提供的一种原位生成法制备高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的方法，可使原位生成的MgO颗粒均匀稳定地分布于熔盐流体中不团聚不沉降，能有效解决机械搅拌法无法克服的颗粒团聚技术缺陷。(2)通过测量流体高温导热系数证明，与不含MgO的硝酸熔盐相比，采用本专利技术所提供原位生成法制备的MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，其流体的导热系数明显提高；克服了硝酸熔盐导热系数偏低不利传热的缺点，同时保留硝酸熔盐熔点低的优点；高的导热系数可有效提高熔盐的换热效率；低熔点特性可大幅度降低储热系统的保温能耗。(3)采用本专利技术所提供原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，其另一显著优点在于，原位生成的MgO颗粒与熔盐液体之间存在强的相互作用，可以有效提高MgO掺杂硝酸熔盐流体的比热，高的比热，可大幅度提高熔盐流体单次循环的储/放热量，有效降低泵送功耗。(4)与现有申请号为CN201510134557.9中国专利技术专利申请提供的高导热金属-氯化物熔盐传热蓄热材料相比，采用本专利技术所提供原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，具有更低的熔点和更大的比热；本专利技术制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐熔点为220.6℃，申请号为CN201510134557.9中国专利技术专利申请提供的金属-氯化物熔盐的熔点为776.7℃，过高的熔点使得金属-氯化物熔盐液体的导热系数难以被测定；采用本专利技术所提供原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，其流体的比热范围在1.4～1.9J·g-1·K-1之间；申请号为CN201510134557.9的中国专利技术专利申请提供的金属-氯化物熔盐流体的比热仅在0.92～0.93J·g-1·K-1范围内波动。(5)与现有申请号为CN201710362154.9中国专利申请提供的金属-碳酸熔盐传热蓄热材料相比，采用本专利技术所提供原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，具有更低的熔点和更大的导热系数提高率；申请号为CN201710362154.9中国专利申请提供的金属-碳酸熔盐传热蓄热材料(熔点397.7℃)，其中的金属添加剂最多仅达3％，对碳酸熔盐导热系数最大提高率为11％；本专利技术制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐中，MgO的掺杂量可大于5％；当MgO掺杂硝酸熔盐中MgO掺杂量与金属-碳酸熔盐中金属最大添加量3％相当时，即MgO掺杂硝酸熔盐中MgO掺杂量仅为3.5％时，其对硝酸熔盐导热系数的提高率就达到34％。(6)与申请号为CN201310029569.6、CN201310053597.1、CN201310732781.9和CN201310733405.1的中国专利技术专利申请所述采用机械搅拌方法向熔盐中添加固体纳米粒子和水玻璃相比，本专利技术提供原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐中所掺杂的MgO，是由原材料六水合氯化镁或六水合硝酸镁在熔盐中直接水解生成，而非后期添加固体纳米粒子。原位生成的MgO粒子与熔盐之间相互作用要强于后期添加纳米粒子与熔盐间的相互作用，由此推测本专利技术所提供MgO掺杂硝酸熔盐的比热提高率要大于后期添加纳米粒子所制材料比热的提高率。另外，申请号为CN201310029569.6、CN201310053597.1、CN201310732781.9和CN201310733405.1的中国专利技术专利申请所述采用机械搅拌方法向熔盐中添加固体纳米粒子和水玻璃制备的掺杂盐被声称“导热性高”，但在申请文件中未见任何实测数据证明其所声称“导热性高”的现象。本专利技术具有明确的测量数据证明，采用本专利技术提供的原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，具有更大的比热和更高的导热系数。(7)采用本专利技术提供的原位生成法制备的高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料，可应用于高温余热回收和塔式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的原位生成法，其特征在于包括以下步骤：(1)将干燥后的硝酸钾和硝酸钠按其二元相图的最低共熔点比例混合，得到硝酸熔盐的原料混合物I；(2)按照质量比相当于MgO:硝酸熔盐为(2.5～10.0):(97.5～90.0)比例，将MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O加入到步骤(1)制备的混合物I中，得到MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O掺杂硝酸熔盐原料混合物II；(3)将步骤(2)得到的混合物II混合均匀后，程序升温到420℃～500℃，恒温10～24小时确保MgO原位生成并晶化，形成MgO掺杂硝酸熔盐均匀流体；(4)将步骤(3)得到的均匀流体自然冷却至室温并粉碎，得到高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料。

【技术特征摘要】
1.一种高导热MgO掺杂硝酸熔盐传热储热材料的原位生成法，其特征在于包括以下步骤：(1)将干燥后的硝酸钾和硝酸钠按其二元相图的最低共熔点比例混合，得到硝酸熔盐的原料混合物I；(2)按照质量比相当于MgO:硝酸熔盐为(2.5～10.0):(97.5～90.0)比例，将MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O加入到步骤(1)制备的混合物I中，得到MgCl2·6H2O或Mg(NO3)2·6H2O掺杂硝酸熔盐原料混合物II；(3)将步骤(2)得到的混合物II混合均匀后，程序升温到420℃～500℃，恒温10～...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小兰，尹月，陆剑锋，丁静，王维龙，
申请(专利权)人：华南理工大学，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44