一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于相变储热材料技术领域，具体涉及一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料及其制备方法。该复合相变储热材料，按质量分数计，包括：无机水合盐类相变材料50‑80 wt%，多孔细菌纤维素5‑45 wt%，表面活性剂5‑8 wt%。该复合材料以多孔细菌纤维素为支撑材料，无机水合盐为相变材料，通过多孔的毛细吸附作用及表面活性剂的自组装作用，无机水合盐进入多孔的细菌纤维素得到复合的相变材料。本发明专利技术在表面活性剂的帮助下，通过超声作用得到稳定的乳液，将熔融的无机水合盐相变材料如六水氯化钙或其它水合盐，加入乳液中得到混合溶液；然后将多孔细菌纤维素放置在溶液中，置于真空烘箱中，得到相变潜热高、导热性能好且成本低廉的新型复合定形相变储热材料。

A Porous Bacterial Cellulose Composite Phase Change Heat Storage Material and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of phase change heat storage materials, in particular to a porous bacterial cellulose composite phase change heat storage material and a preparation method thereof. The composite phase change heat storage material includes inorganic hydrated salt phase change material 50 80 wt%, porous bacterial cellulose 5 45 wt%, surfactant 5 8 wt% by mass fraction. The composite material uses porous bacterial cellulose as support material and inorganic hydrate salt as phase change material. Through porous capillary adsorption and self-assembly of surfactants, inorganic hydrate salt enters porous bacterial cellulose to obtain composite phase change material. With the help of a surfactant, the emulsion is obtained by ultrasonic action, and the mixed inorganic salt hydrate phase change material, such as six water calcium chloride or other hydrated salt, is added into the emulsion to obtain the mixed solution. Then, the porous bacterial cellulose is placed in the solution and placed in the vacuum oven to obtain a new composite shape with high latent heat, good thermal conductivity and low cost. Phase change heat storage materials.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料及其制备方法
本专利技术属于相变储热材料
，具体涉及一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济社会的发展资源的消耗也越来越大，有效利用资源成为各国追求的目标。相变技术利用相变材料（Phasechangematerials,PCMs）的蓄热储能功能对能量进行管理。因此，相变技术在工业余热回收、太阳能利用、建筑节能和大体积混凝土水化热控制等领域得到了广泛的应用。相变储能材料作为一种清洁高效的热能储存材料，具有移峰用电峰谷、降低电力负荷和节约电能等优点，其在热储能、建筑节能、电力调峰等方面具有广阔的应用前景。近年来，各国研究者用各种方法对相变材料进行复合定型。制备定型相变材料的常用方法，有直接吸附法、胶囊包覆法和溶胶-凝胶法等等。针对水合无机盐的导热率低的不足，通常加入膨胀石墨或者其它导热性高的材料。其中，细菌纤维素（BC）是通过生物发酵过程产生的一种天然纤维。BC作为一种新型生物纳米材料，由于其具有价格低廉、机械强度高、比表面高和充足的孔隙率、来源丰富等优势而引起广泛的关注。由于BC是具有一维多孔网状结构，且有充足的孔结构，适合作为碳纳米材料。近几年，BC作为碳纳米纤维被广泛应用于能源转化和储存领域。通过简单的高温碳化后得到了高度石墨化的纤维结构，具有三维的多孔性结构、高比表面积和导热性。本专利技术利用细菌纤维素的多孔结构提高封装效果，并且利用细菌纤维素的高热导率增强复合定形相变材料的导热性能。该复合定形相变材料一方面通过多孔材料的毛细吸附作用将无机水合盐吸附入其多孔结构中，并进一步通过表面活性剂的亲水亲油基团增强无机水合盐与多孔材料内表面的作用力，从面使无机水合盐相变材料牢固地附着于多孔材料中，形成性能稳定的复合定形相变储热材料。另一方面，多孔材料的高导热性能也会提高复合定形相变热材料的导热性能，进一步提高内部相变材料的储热和放热速率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的复合定形相变储热材料。该复合定形相变储热材料以多孔细菌纤维素为支持材料，无机水合盐为相变材料，表面活性剂起到自组装的作用，其具有优良的导热性能和相变储热性能。本专利技术的另一个目的在于一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料的制备方法。实现本专利技术目的而采用的技术方案为：一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料，该复合相变储热材料，按质量分数计，包括：无机水合盐类相变材料50-80wt%，多孔细菌纤维素5-45wt%，表面活性剂5-8wt%。优选地，本专利技术所述的无机水合盐类相变材料选自Ba(OH)2·8H2O，Na2SO4·10H2O，CaCl2·10H2O，Na2HPO4·10H2O，Na2CO3·10H2O中的一种或二种以上；本专利技术所述的多孔细菌纤维素具有多孔结构和纳米纤维网络结构；本专利技术所述的表面活性剂选自OP-10，十二烷基苯硫酸钠，十二烷基硫酸钠，CTAB中的一种或二种以上。优选地，本专利技术所述复合相变储热材料应用于热储能中。实现本专利技术另一目的而采用的技术方案为：一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料的制备方法，其制备步骤如下：步骤1），在无机水合盐相变材料中加入去离子水进行湿润，然后将其置于烘箱加热，烘箱加热温度为75-85℃，加热时间为1-2小时，使得无机水合盐相变材料熔融均匀，制得无机水合盐相变材料液体；步骤2），将表面活性剂加入步骤1）的无机水合盐相变材料液体中，超声分散，分散时间为20-40min，形成稳定乳液；步骤3），将多孔细菌纤维素加入步骤2）制得的稳定乳液中，搅拌分散均匀，制得混合物；步骤4），将步骤3）制得的混合物放入真空烘箱中，抽真空处理，室温恒定；即得所制备的多孔细菌纤维素复合相变储热材料。优选地，本专利技术所述的多孔细菌纤维素，由以下步骤制得：1）将细菌纤维素浸泡在去离子水中，至pH=7后，切成块状，并将块状细菌纤维素清洗干净后进行冷冻干燥；2）在N2保护的条件下，对冷冻干燥后的细菌纤维素进行程序升温加热碳化，得到多孔细菌纤维素；所述的程序升温加热碳化的条件为：以1.5°C/min的速率升温至350°C，恒温1h；再以3°C/min的速率升温至800°C，恒温2h。优选地，本专利技术所述多孔细菌纤维素具有多孔性结构和一定的纳米级孔径分布，具有机械强度高、比表面高和充足的孔隙率，其孔径为100-800nm，密度为0.3-0.8g/cm3。本专利技术与现有技术相比，具有显著的优点：（1）本专利技术采用表面活性剂对无机水合盐相变材料进行乳化分散，形成稳定的胶束，使无机水合盐相变材料表面呈现亲油性能，加强了其与多孔细菌纤维素材料内表面的作用力，被多孔细菌纤维素材料吸附得更加牢固与紧密，在相变时不容易发生泄漏，从而呈现为性能稳定的复合定形相变储热材料。（2）导热系数大，多孔细菌纤维素材料较高的导热性能赋予复合定形相变储热材料较好的热传导特性。（3）使用安全方便，该复合定形相变储热材料无毒、无蚀、无泄漏、不存在可燃性问题、且不需封装。（4）本专利技术制备方法简单，成本低廉。（5）本专利技术提出的复合定形相变储热材料可以应用于热储能应用中，可广泛应用于建筑控温节能、电力调峰、太阳能利用余热回收等领域。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的多孔细菌纤维素的过程示意图。图2是本专利技术实施例1中制备的多孔细菌纤维素的扫描电镜图片。图3是本专利技术实施例1中制备的多孔细菌纤维素复合相变储热材料的XRD图谱。图4是本专利技术实施例1中制备的多孔细菌纤维素复合相变储热材料XRD图谱。图5是本专利技术实施例1中制备的多孔细菌纤维素复合相变储热材料的热重分析图。具体实施方式下面通过具体实施例，并配合附图，对本专利技术做详细的说明。本专利技术一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料，该复合相变储热材料，按质量分数计，包括：无机水合盐类相变材料50-80wt%，多孔细菌纤维素5-45wt%，表面活性剂5-8wt%。其中，所述的无机水合盐类相变材料选自Ba(OH)2·8H2O，Na2SO4·10H2O，CaCl2·10H2O，Na2HPO4·10H2O，Na2CO3·10H2O中的一种或二种以上；所述的多孔细菌纤维素具有多孔结构和纳米纤维网络结构；所述的表面活性剂选自OP-10，十二烷基苯硫酸钠，十二烷基硫酸钠，CTAB中的一种或二种以上。具体实施实例如下：实施例11）多孔细菌纤维素的制备：将在去离子水中泡至pH=7的细菌纤维素BC切成小块状（约1×1cm），将块状BC清洗干净后置于冰箱冷冻，冷冻干燥24h。将所得样品放入管式炉中，在N2保护的条件下，程序升温加热碳化，以1.5°C/min的速率升温至350°C恒温1h，再以3°C/min的速率升温至800°C恒温2h后得到多孔细菌纤维素。其制备过程示意图如图1所示，高温碳化后的多孔细菌纤维素电子显微镜照片如图2所示。2）称取0.5gBa(OH)2·8H2O放入杯中，加入少量去离子水（去离子水刚好湿润固体颗粒即可），然后将其于80℃的共箱中加热2小时，使Ba(OH)2·8H2O完全熔化，然后加入0.08g表面活性剂OP-10，超声分散30min，形成稳定的乳液。将0.5g细菌纤维素加入乳液中，搅拌分散均匀，将该混合物放入真空烘箱中，抽真空，室温恒定30min，完成吸附过程,取出即得到复合定形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：该复合相变储热材料，按质量分数计，包括：无机水合盐类相变材料50‑80 wt%，多孔细菌纤维素5‑45 wt%，表面活性剂5‑8 wt%。

【技术特征摘要】
1.一种多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：该复合相变储热材料，按质量分数计，包括：无机水合盐类相变材料50-80wt%，多孔细菌纤维素5-45wt%，表面活性剂5-8wt%。2.根据权利要求1所述的多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：所述的无机水合盐类相变材料选自Ba(OH)2·8H2O，Na2SO4·10H2O，CaCl2·10H2O，Na2HPO4·10H2O，Na2CO3·10H2O中的一种或二种以上；所述的多孔细菌纤维素具有多孔结构和纳米纤维网络结构；所述的表面活性剂选自OP-10，十二烷基苯硫酸钠，十二烷基硫酸钠，CTAB中的一种或二种以上。3.根据权利要求2所述的多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：所述多孔细菌纤维素具有三维纳米级多孔性结构，孔径为100-800nm。4.根据权利要求3所述的多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：所述的多孔细菌纤维素，由以下步骤制得：1）将细菌纤维素浸泡在去离子水中，至pH=7后，切成块状，并将块状细菌纤维素清洗干净后进行冷冻干燥；2）在N2保护的条件下，对冷冻干燥后的细菌纤维素进行程序升温加热碳化，得到多孔细菌纤维素。5.根据权利要求4所述的多孔细菌纤维素复合相变储热材料，其特征在于：所述的程序升温加热碳化的条件为：以1.5°C/min的速率升温至350°C，恒温1h；再以3°C/min的速率升温至800°C，恒温2h。6.根据权利要求1所述的多孔细菌纤维素复合相变储热材...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，赵磊，
申请(专利权)人：山东知能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37