一种光热转换相变储能复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石蜡/Cu‑Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料的制备方法，该方法以铜、氧化亚铜和碳纳米管作为相变材料的载体，包覆相变材料石蜡形成相变微胶囊，本发明专利技术不仅提高了石蜡相变储能微胶囊的热导率，同时使其吸光性能也有显著提高，另外，具有高热导率和吸光性的碳纳米管的加入，使微胶囊的导热性和吸光性能进一步提高，并且，本发明专利技术制备方法简单、成本低廉、能有效解决石蜡相变时泄露的问题，在太阳能储能应用中，可有效提升石蜡吸收和释放能量的速度。

【技术实现步骤摘要】
一种光热转换相变储能复合材料的制备方法(一)
本专利技术涉及一种储能材料的制备方法，特别涉及一种具有光热转换功能的强化相变储能复合材料的制备方法，所述复合材料以Cu-Cu2O/CNTs为壳层，包覆石蜡形成微胶囊结构，记作石蜡@Cu-Cu2O/CNTs微胶囊。(二)
技术介绍
能源是人类活动的物质基础，随着化石能源日渐消耗，能源危机悄然来临。太阳能作为一种可再生能源，一直以来都被认为是解决能源危机的重要途径。然而，由于昼夜、季节、地理等因素的影响，使得太阳能不能随时随地利用，因此，太阳能的存储就显得尤为重要。相变材料(PCM)是一种利用相变调温机理，通过储能介质相态变化实现对太阳能的存储和释放的材料，能有效克服太阳能对时间和空间依赖。利用相变材料(PCM)的相变潜热储备经太阳能转化后的热能，可减少能源的浪费，有望提高能源利用效率，在太阳能利用上发挥更大的作用。在众多的有机相变材料中，石蜡具有较高的相变潜热、熔点范围宽、无过冷和析出、性能稳定且价格低廉等优点。但是石蜡吸光性较差，导热系数低且在相变过程中易泄露，这些缺点限制了石蜡类相变储能材料在太阳能领域的发展。近年来，将碳纳米材料与高聚物复合，作为囊壁封装相变材料制备相变石蜡微胶囊，引起越来越多的关注，这种复合材料避免石蜡泄露，且有效提高石蜡微胶囊的导热性能和吸光性。例如，Liu等【LiuJ,ChenL,FangX,etal.Preparationofgraphitenanoparticles-modifiedphasechangemicrocapsulesandtheirdispersedslurryfordirectabsorptionsolarcollectors[J].SolarEnergyMaterials&SolarCells,2017,159:159-166.】以石墨纳米颗粒嵌入三聚氰胺-甲醛为壳层，制备了石蜡@MF/石墨微胶囊，DSC测试结果表明其封装率为51.1％，该微胶囊与离子液体组成的储热流体的比热容是纯离子液体的两倍，且具有较好的吸光性及光热转换效率。但是，以碳纳米材料/高聚物为壳层的石蜡微胶囊存在易燃性、机械强度低、热稳定性和化学稳定性差等缺点，因此，人们寻找无机材料为囊壁代替有机高分子材料，包覆石蜡。例如，Wang等【WangT,WangS,LuoR,etal.Microencapsulationofphasechangematerialswithbinarycoresandcalciumcarbonateshellforthermalenergystorage[J].AppliedEnergy,2016,171:113-119.】制备出了石蜡@碳酸钙微胶囊，利用壳核质量比可以调节复合材料的熔点，热重测试证明无机壳层材料有效地提高了芯层石蜡的分解温度。采用无机物碳酸钙代替高聚物对石蜡进行包覆，尽管能够改善上述缺点，但其导热系数仍然较低，且产物为白色颗粒，对占太阳光谱44％的可见光吸收性较差，这大大限制了石蜡相变微胶囊的潜在应用。为了提高石蜡微胶囊的吸光性，Li等【LiF,WangX,WuD.Fabricationofmultifunctionalmicrocapsulescontainingn-eicosanecoreandzincoxideshellforlow-temperatureenergystorage,photocatalysis,andantibiosis[J].EnergyConversion&Management,2015,106:873-885.】利用原位沉积法，利用静电吸附作用使Zn2+在相变材料液滴表面与碱性沉淀剂反应，熟化后制备出氧化锌包覆正二十烷微胶囊。结果显示，由于氧化锌壳层具有良好的吸光性，使得微胶囊具备很好的光降解性和光催化性。然而，氧化锌的热导率较低，在提高微胶囊的导热性能方面作用并不明显。为了提高相变储能微胶囊的光热转换效率，需要寻找同时具有优异的吸光性和导热系数的材料对石蜡进行封装。铜是最常用的工业原材料，热导率为401W/(m·K)，室温下，铜的导热系数分别是固态、液态石蜡的1300和4000倍。研究表明，将金属Cu纳米化，纳米Cu的局域等离激元光学共振效应使其附近区域产生极高的局部温度和电磁场增强效应。另外，Cu的氧化物Cu2O是一种典型的带隙约在2.0～2.3eV的p型半导体材料，在可见光区具有良好的吸收能力。更重要的是，将纳米Cu和Cu2O复合，局域表面等离激元把光场能量局域到纳米Cu周围，可以显著提高纳米Cu周围的Cu2O对光的吸收效率。碳纳米管(CarbonNanotubesCNTs)作为一种主要由sp2/sp3杂化碳原子构成的一维碳质材料，由于π带的光跃迁，在整个太阳光谱中具有很高的光吸收能力。研究发现，CNTs阵列可吸收99.97％的入射太阳光，使其成为世界上最黑暗的物质，类似于石墨烯(GrapheneGR)等其他碳质材料，CNTs还具有优异的光热转化性能。因此，如果以Cu、Cu2O为壁材，直接包覆石蜡，合成石蜡@Cu-Cu2O相变复合材料微胶囊，与碳纳米管复合，形成石蜡@Cu-Cu2O/CNTs微胶囊，将会有效提高相变材料的导热性能和吸光性能，从而提高石蜡微胶囊的光热转化效率。同时，相变微胶囊材料的应用范围也会大大拓宽。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以铜、氧化亚铜和碳纳米管作为相变材料的载体，包覆相变材料石蜡形成相变微胶囊的制备方法。该方法绿色环保，设备要求低，操作简单且成本低廉。本专利技术运用基于静电作用和配位作用的相界面自组装技术，巧妙地选择油胺为乳化剂，石蜡为油相，形成水包油型(W/O)乳液。利用CNTs上羧基和一部分油胺氨基之间的静电作用，以及Cu2+和另一部分氨基的配位作用，使CNTs和Cu2+同时聚集于石蜡乳胶粒子表面，采用水热还原原位沉积法，使CNTs缠绕在由Cu2O、Cu纳米颗粒自组装的球型聚集体表面，单步合成石蜡@Cu-Cu2O/CNTs微胶囊。目前为止，利用上述方法来制备石蜡相变储能微胶囊的研究还未见报道。本专利技术的技术方案如下：一种石蜡/Cu-Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)按如下配方准备原料：羧基化碳纳米管0.05～0.1份、石蜡0.4～3份、乳化剂0.4～1.6份、铜源0.8～3份、还原剂1.6～6份、去离子水40～80份；其中，份数均指重量份；所述乳化剂为油胺或辛胺，优选油胺；所述铜源为四水合甲酸铜、氯化铜、醋酸铜或硫酸铜，优选四水合甲酸铜；所述还原剂为葡萄糖、抗环血酸或水合肼，优选葡萄糖；(2)将羧基化碳纳米管、石蜡、乳化剂混合，升温至57～85℃(优选80℃)，以600～1000rpm的速率搅拌5～20min，得到混合体系I；将铜源、还原剂溶于去离子水中，得到混合体系II；将所述混合体系II滴加到所述混合体系I中，以600～1000rpm的速率搅拌5～30min，得到反应乳液；(3)将步骤(2)所得反应乳液升温至120～150℃反应6～24h，之后经离心、洗涤(用去离子水)、干燥，得到所述石蜡/Cu-Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料(即：石蜡@Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石蜡/Cu‑Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)按如下配方准备原料：羧基化碳纳米管0.05～0.1份、石蜡0.4～3份、乳化剂0.4～1.6份、铜源0.8～3份、还原剂1.6～6份、去离子水40～80份；其中，份数均指重量份；所述乳化剂为油胺或辛胺；所述铜源为四水合甲酸铜、氯化铜、醋酸铜或硫酸铜；所述还原剂为葡萄糖、抗环血酸或水合肼；(2)将羧基化碳纳米管、石蜡、乳化剂混合，升温至57～85℃，以600～1000rpm的速率搅拌5～20min，得到混合体系I；将铜源、还原剂溶于去离子水中，得到混合体系II；将所述混合体系II滴加到所述混合体系I中，以600～1000rpm的速率搅拌5～30min，得到反应乳液；(3)将步骤(2)所得反应乳液升温至120～150℃反应6～24h，之后经离心、洗涤、干燥，得到所述石蜡/Cu‑Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石蜡/Cu-Cu2O/CNTs光热转换相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)按如下配方准备原料：羧基化碳纳米管0.05～0.1份、石蜡0.4～3份、乳化剂0.4～1.6份、铜源0.8～3份、还原剂1.6～6份、去离子水40～80份；其中，份数均指重量份；所述乳化剂为油胺或辛胺；所述铜源为四水合甲酸铜、氯化铜、醋酸铜或硫酸铜；所述还原剂为葡萄糖、抗环血酸或水合肼；(2)将羧基化碳纳米管、石蜡、乳化剂混合，升温至57～85℃，以600～1000rpm的速率搅拌5～20min，得到混合体系I；将铜源、还原剂溶于去离子水中，得到混合体系II；将所述混合体系II滴加到所述混合体系I中，以600...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，陈程华，倪忠进，周静，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33