本发明专利技术公开了一种含纳米碳材料复合相变储能材料及其制备方法，其技术方案要点是包括如下百分比组分：纳米碳材料0.2～3.0％；相变材料90.85～99.39％；分散剂：0.4～6.0％；抗沉淀剂:0.01～0.15％。本发明专利技术的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，导热系数高，相变潜热值大，能够有效提高相变过程的传热系数，缩短热反应时间，效率更高，更加节能，适于工业化生产。
Composite phase change energy storage material containing nano carbon material and preparation method thereof
The invention discloses a composite phase change energy storage material containing nano-carbon material and a preparation method thereof. The technical scheme essentially comprises the following percentage components: nano-carbon material 0.2-3.0%; phase change material 90.85-99.39%; dispersant 0.4-6.0%; antiprecipitator 0.01-0.15%. The invention relates to a composite phase change energy storage material containing nano-carbon material, which has high thermal conductivity, large phase change latent heat value, can effectively improve the heat transfer coefficient of the phase change process, shorten the thermal reaction time, has higher efficiency, is more energy-saving, and is suitable for industrial production.
【技术实现步骤摘要】
一种含纳米碳材料复合相变储能材料及其制备方法
本专利技术涉及相变储能材料应用
，具体涉及一种含纳米碳材料复合相变储能材料及其制备方法。
技术介绍
随着科技和经济飞速发展，人类社会需要消耗的能量快速增长，而煤、石油、天然气等自然资源会逐渐匮乏。面对如此严峻的形势，全世界的科学家们都致力于研究新型的可再生能源以及被认为同样重要的能量储存技术，相变储能可解决能源供求在时间和空间上不匹配的问题，具有储能密度大、蓄(放)热过程温度变化小、清洁和容易控制等优点，是用于满足人们提高能源利用率的有效手段。有机相变材料PCM具有潜热高、化学稳定性好、无过冷和相分离、价格低等优点，但其在传热性能方面的缺陷急需改善，也是推广相变储能技术广泛应用所需解决的关键问题。纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料，纳米碳材料中纳米碳管、纳米石墨烯等新型碳材料具有较小的密度和较高的导热系数，成为制备强化传热材料的良好填料而引起人们的注意，如何制备较高传热性能和较高稳定性的纳米复合相变储能材料将成为能力储存技术应用领域的研究热点。研究表明，在加入纳米颗粒之后，复合相变材料的导热性能和相变特性得到了明显的提高，但由于不同文献中碳纳米颗粒物理特征的复杂性，其制备方法、尺寸、团聚形态有较大差异，造成所得结果之间有很大偏差。
技术实现思路
本专利技术提供一种含纳米碳材料复合相变储能材料，导热系数高，相变潜热值大，能够有效提高相变过程的传热系数，缩短热反应时间，效率更高，更加节能，适于工业化生产。本专利技术还提供一种含纳米碳材料复合相变储能材料的制备工艺。本专利技术是通过以下技术方案实现的：注：d,h,p,l分别为：外径，厚度，层数和长度。采用纳米石墨烯(GNP)、多壁碳纳米管(MWNTs)和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)制备的纳米复合储能材料的SEM照片如图1所示，从图中可以看出，碳材料被多层石蜡包覆，而且由于碳纳米材料具有不同的管状和层状结构，纳米复合材料具有较大的比表面积。一种含纳米碳材料复合相变储能材料，包括如下百分比组分：纳米碳材料0.2～3.0％；相变材料90.85～99.39％；分散剂：0.4～6.0％；抗沉淀剂:0.01～0.15％。优选的，纳米碳材料为纳米石墨烯(GNP)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)的一种。纳米碳材料作为一种多孔体系成为相变储能材料的支撑主体，具有较大的比表面积和吸附力，克服了相变材料不易封装定型的问题，而且还是良好的导热体，能够有效提高材料的传热。优选的，相变材料为相变温度是53～55℃的石蜡、相变温度是41～45℃的月桂酸、相变温度是55～60℃的硬脂酸的一种。优选的，分散剂为壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、山梨糖醇脂肪酸酯(Span80)中的一种或两种混合物。分散剂的选择使相变材料与纳米碳材料混合均匀，在共聚反应中形成较大比表面积的聚合物。优选的，抗沉淀剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠的一种。优选的，所述纳米碳材料和分散剂的质量比为1：2，纳米碳材料和抗沉淀剂的质量比为20：1，两种分散剂的质量比为1：1。适当比例的纳米碳材料和分散剂，能够大幅提高相变储能材料的导热系数，降低了相变温度。一种含纳米碳材料复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、将一定量的纳米碳材料加入到400mL浓HNO3中,在120℃回流4h,用G-4砂芯漏斗抽滤，并用蒸馏水洗涤直至中性后，在60℃干燥箱中干燥24h；(2)、依设计称量纳米碳材料、分散剂和相变材料，将纳米碳材料、分散剂倒入相变材料中充分混合，直至混合均匀；(3)、将混合物加入到反应釜中，在40～75℃的状态下加热，当混合物完全融化后，维持40～75℃磁力搅拌2小时；(4)、将熔融状物质取出，再进行超声波震荡2小时，超声波发生器的工作频率为80kHz，作业中温度为75℃，使纳米碳材料均匀分散形成均一的熔融状物质；(5)、将称量好的抗沉淀剂加入熔融状物质中，冷却2小时，得到纳米复合相变储能材料。优选的，所述步骤(2)中磁力搅拌的速度为400rpm～800rpm。较低速度的磁力搅拌，能够在低温状态下完成混合，避免各组分进一步发生化学反应。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，作为一种新型的强化传热-储热介质，不仅能大幅度提高流体的对流传热性能，同时也可以作为储能介质用于储热储冷系统中，从而实现储热介质与传热介质的一体化。因此，纳米复合相变材料在储能、节能系统中有很重要的应用价值，设计组分随着碳纳米颗粒质量分数的增加，复合材料导热系数提高较多，如25℃时质量分数为0.5％MWCNTs/石蜡复合相变材料的导热系数提高了13.2％，质量分数为1.0％MWCNTs/石蜡复合相变材料的导热系数提高了20％，质量分数为2.0％G-MWCNTs/石蜡复合相变材料的导热系数提高了19.2％，质量分数为3.0％GNP/石蜡复合相变材料的导热系数提高了48.7％；从30℃加热到68℃，0.5wt％和1.0wt％MWCNTs/石蜡复合相变储能材料相比纯石蜡，所用时间分别缩短了23.8％和31.0％，从68℃冷却到30℃，0.5wt％和1.0wt％MWCNTs/石蜡复合相变储能材料相比纯石蜡，所用时间分别缩短了19.2％和25.5％，说明在石蜡中加入纳米碳材料后，大大促进了石蜡相变过程中的质量、能量和动量输运，因而有效加速了石蜡的相变，随着纳米碳材料含量的增加，其高导热系数、大比表面积、强扩散性能的特性逐渐体现出来。本专利技术的一种含纳米碳材料复合相变储能材料制备方法，产品工艺简单，成本相对较低，品质稳定。【附图说明】图1：纳米复合相变储能材料的SEM成像；图2：石蜡和纳米复合相变储能材料的FTIR光谱图；图3：实施例1～2纳米复合相变储能材料的纳米碳材料含量与导热系数示意图；图4：实施例1～2纳米复合相变储能材料熔化过程时间对比示意图；图5：实施例1～2纳米复合相变储能材料凝固过程时间对比示意图；图6：实施例3～6纳米复合相变储能材料熔化过程温度随时间示意图；图7：实施例3～6纳米复合相变储能材料凝固过程温度随时间变化图；图8：实施例3～6纳米复合相变材料的含纳米碳材料含量与导热系数示意图；图9：实施例1～6纳米复合相变储能材料熔化过程纳米碳材料含量与相变温度对比图；图10：实施例1～6纳米复合相变储能材料凝固过程纳米碳材料含量与相变温度对比图；图11：实施例1～6纳米复合相变储能材料熔化过程纳米碳材料含量与相变潜热的对比图；图12：实施例1～6纳米复合相变储能材料凝固过程纳米碳材料含量与相变潜热的对比图。【具体实施方式】结合具体实施例1～6说明本专利技术的一种含纳米碳材料复合相变储能材料的制备方法：表1：实施例1-6各组分配比实施例1～2：一种含纳米碳材料复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：(1)、将一定量的纳米碳材料(MWCNTs)加入到400mL浓HNO3中,在120℃回流4h,用G-4砂芯漏斗抽滤，并用蒸馏水洗涤直至中性后，在60℃干燥箱中干燥24h；(2)、依设计称量纳米碳材料(MWCNTs)、分散剂(壬基酚聚氧乙烯醚)和相变材料(53～55℃的石蜡)，将纳米碳材料、分散剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于包括如下百分比组分：纳米碳材料 0.2～3.0％；相变材料 90.85～99.39％；分散剂：0.4～6.0％；抗沉淀剂:0.01～0.15％。
【技术特征摘要】
1.一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于包括如下百分比组分：纳米碳材料0.2～3.0％；相变材料90.85～99.39％；分散剂：0.4～6.0％；抗沉淀剂:0.01～0.15％。2.根据权利要求1所述的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于：纳米碳材料为纳米石墨烯(GNP)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)的一种。3.根据权利要求1所述的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于：相变材料为相变温度是53～55℃的石蜡、相变温度是41～45℃的月桂酸、相变温度是55～60℃的硬脂酸的一种。4.根据权利要求1所述的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于：分散剂为壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、山梨糖醇脂肪酸酯(Span80)中的一种或两种混合物。5.根据权利要求1所述的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于：抗沉淀剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠的一种。6.根据权利要求1所述的一种含纳米碳材料复合相变储能材料，其特征在于：所述纳米碳材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：李新芳，赵素芬，涂志刚，唐林新，邹爱国，吴继明，
申请(专利权)人：中山火炬职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44
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