一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于复合相变储热材料和固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途，包括：(1)将粉煤灰和熔盐进行混合，得到复合材料混合粉末；(2)将所述复合材料混合粉末压制成型得到复合材料坯体；(3)将所述复合材料坯体烧结得到所述粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料。本发明专利技术以大宗工业固体废弃物粉煤灰作为熔盐复合材料的基体，无需对粉煤灰进行改性处理，经过混合

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及复合相变储热材料和固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]储能技术是新能源消纳和工业余热回收的关键共性技术。储能技术将有力促进清洁能源产业发展和提高工业余热利用率，为实现碳中和目标贡献力量。相变储能技术以相变储热材料为介质，实现热量的储存与释放，可以有效缓解能源供需不匹配和工业余热再利用等问题。太阳能光热和工业余热利用的温度范围属于中高温领域。熔盐类相变材料，特别是硝酸盐，相变温度大多处于200
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500℃范围内，并且储热密度较高，因此是太阳能和工业余热应用较多的储热材料。
[0003]然而，固液相变材料熔化后的泄露问题是其应用过程的一大挑战。通过一种基体材料对相变材料进行微封装进而制得定型复合相变储热材料是减少泄露的有效途径。例如Leng Guanghui等以NaCl
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KCl共晶盐为相变材料，硅藻土为封装材料，合成了高温复合储热材料。在该复合材料中，二元共晶盐成功地封装在硅藻土中，熔盐泄露显著减少(参见“Micro encapsulated&form
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stable phase change materials for high temperature thermal energy storage”，Leng Guanghui等，Applied Energy，2018年，217：:22
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280)。李彦等选用膨胀石墨作为载体，与LiNO3‑
KNO3二元硝酸盐混合制得复合储热材料，结果表明混合熔盐较好地渗入到膨胀石墨的多孔骨架结构中，且整体分散较为均匀(参见“硝酸盐/膨胀石墨复合相变材料的热性能”，李彦等，硅酸盐学报，2018年，46(5):625
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632)。然而，选用硅藻土、膨胀石墨、氧化镁等作为基体材料，大大增加了制备成本，为了大规模应用相变材料，需要降低复合材料的成本，因此，需要开发成本低廉的基体材料。
[0004]粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，也是当前排量较大的工业废渣之一。粉煤灰颗粒呈多孔蜂窝状结构，比表面积较大，具有较高的吸附活性，其主要成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，K2O和Na2O，还具有熔点高、无毒无味、价格廉价等优点，是一种理想的相变储能材料的封装材料。此外，以粉煤灰用作储热材料基体提供了一种固废资源化利用新途径，提高了资源利用率，减少了环境污染。例如黄平等以肉豆蔻酸为相变材料，改性粉煤灰为复合基底，采用熔融混合法制备了肉豆蔻酸/改性粉煤灰复合相变储热材料。结果表明，肉豆蔻酸可均匀地嵌入改性粉煤灰的多孔结构中，经过400次储/放热循环后，其相变温度和相变焓变化都不大，表现出较好的储热稳定性(参见“肉豆蔻酸/改性粉煤灰复合相变储能材料的制备及性能研究”，黄平等，材料导报，2016年，30(S1):214
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216+219)。
[0005]赖榕永等将肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)、硬脂酸(SA)混合后形成的相变材料与工业固废粉煤灰，通过熔融混合法制得MA
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PA
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SA/改性粉煤灰复合相变储能材料。结果表明，MA
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PA
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SA低共熔物与改性粉煤灰为物理掺杂，复合相变储能材料的相变温度为45.8℃，相变焓为93.58J/g，经过800次的储/放热循环后，其相变焓损失率为12.9％，材料的储热性能
稳定，具有较长的使用寿命(参见“MA
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PA
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SA/改性粉煤灰复合相变储能材料的制备与性能”，赖榕永等，材料导报，2019年，33(S1):219
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222)。
[0006]赵亮等以石蜡为相变材料、改性粉煤灰为载体、无水乙醇为溶剂，采用溶液插层法制备了石蜡/改性粉煤灰相变储能材料。经过差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)和红外(FT
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IR)测定，相变储能材料中石蜡的适宜含量为60％，相变温度为60.4℃，相变潜热值为51.7kJ/kg，经过连续1000次吸热
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放热试验后，未发现漏液和储热性能明显衰减现象，说明储热材料具有良好的热稳定性和兼容性(参见“石蜡/改性粉煤灰储能材料的制备与性能研究”，赵亮等，第十六届全国催化学术会议论文集，2012年，1
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2)。
[0007]而且，CN110643329A公开了一种脂肪酸/改性粉煤灰复合相变储能材料及其制备方法，以不同粒径的粉煤灰作为相变材料载体，通过熔融混合法制备脂肪酸/改性粉煤灰复合相变储能材料，改善了脂肪酸基相变材料液体易泄漏的问题。CN107502301A公开了一种粉煤灰基复合相变储热材料及其制备方法，以肉豆蔻酸、硬脂酸、聚乙二醇作为三元相变材料，以膨胀石墨片和改性粉煤灰为支撑材料，采用超声吸附法制备得到粉煤灰基复合相变储热材料，结果显示该相变储热材料均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中，且热稳定性好，储热性能优异。
[0008]然而，以上研究中尽管已有粉煤灰作为储热材料基体的案例，并且都获得了较好的储热性能，但是储热材料主要为石蜡、脂肪酸等有机物类，其工作温度低，储热密度也较低，只适用于低温场合，不适用于太阳能、工业余热回收等中高温应用领域，而且，以上研究皆对粉煤灰进行预处理，即，用弱酸等试剂对粉煤灰进行改性，增强熔融浸渍法制备复合材料过程中粉煤灰的吸附性。这一改性过程，增加了工艺以及试剂的使用，势必会增加成本，还会使得工艺繁琐。
[0009]因此，开发一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途，无需对粉煤灰进行改性预处理，以应用于大规模中高温场合，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0010]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料及其制备方法和用途，所述制备方法以大宗工业固体废弃物粉煤灰作为熔盐复合材料的基体，无需对粉煤灰进行改性处理，经过混合
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压制
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烧结工艺制备得到所述粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料，相变温度为200
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500℃，以固废粉煤灰作为基体材料不仅可以降低储热材料的生产成本，还可以提高资源利用率，尤其适用于太阳能、工业余热回收等中高温应用领域。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]本专利技术的目的之一在于提供一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0013](1)将粉煤灰和熔盐进行混合，得到复合材料混合粉末；
[0014](2)将步骤(1)得到的所述复合材料混合粉末压制成型，得到复合材料坯体；
[0015](3)将步骤(2)得到的所述复合材料坯体进行烧结，得到粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将粉煤灰和熔盐进行混合，得到复合材料混合粉末；(2)将步骤(1)得到的所述复合材料混合粉末压制成型，得到复合材料坯体；(3)将步骤(2)得到的所述复合材料坯体进行烧结，得到粉煤灰基定型熔盐复合相变储热材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰和熔盐的质量比为1:(0.5
‑
2)；优选地，步骤(1)所述混合在球磨机中进行；优选地，所述球磨机的转速为200
‑
500r/min；优选地，步骤(1)所述混合的时间为10
‑
30min。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰的粒径为10
‑
100μm，优选为40
‑
70μm；优选地，在步骤(1)所述混合之前，对所述粉煤灰进行干燥处理；优选地，所述干燥处理的温度为100
‑
130℃，优选为120℃；优选地，所述干燥处理的时间为2
‑
8h，优选为4
‑
6h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述熔盐包括硝酸钾、硝酸钠或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合，优选为硝酸钠与硝酸钾的组合；优选地，所述熔盐中硝酸钠和硝酸钾的质量比为3:(1
‑
4)，优选为3:2。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述混合之前，对所述熔盐依次进行球磨处理与干燥处理；优选地，所述球磨在球磨机中进行；优选地，所述球磨机的转速为300
‑
600r/min；优选地，所述球磨的时间为20
‑
60min；优选地，步骤(1)所述熔盐的粒径为1
‑
40μm，优选为5
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25μm；优选地，所述干燥处理的温度为100
‑
130℃，优选为120℃；优选地，所述干燥处理的时间为2
‑
8h，优选为4
‑
6h。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述压制成型的压力为10
‑
60MPa；优选地，步骤(2)所述压制成型的时间为2
‑
10min。优选地，步骤(2)所述压制成型为将所述复合材料混合粉末压制成圆柱状复合材料坯体；优选地，所述圆柱状复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云，王燕，王君雷，徐祥贵，孙通，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：