藕杆生物质多孔碳复合相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种藕杆生物质多孔碳复合相变材料及其制备方法，首先利用K2CO3活化藕杆，再在氩气气氛下高温碳化得到藕杆多孔碳材料，然后以它为支撑材料，通过水浴浸渍法吸附无机水合盐相变材料来制备复合相变材料。制备周期短，制备的生物质多孔碳材料作为支撑材料，其比表面积巨大，孔径丰富，可以有效地吸附住液态相变材料，从而避免相变材料的减少，有效地解决泄露问题；同时还可以提升复合相变材料的导热系数。导热系数。导热系数。

【技术实现步骤摘要】
藕杆生物质多孔碳复合相变材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及相变材料及制备方法，具体涉及一种藕杆生物质多孔碳复合相变材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球经济的不断发展，人类对能源的需求量日益增大，然而不可再生资源的枯竭不可避免，为了解决能源供需矛盾，热能储存技术应运而生。相变材料因其能在相变的过程中吸收或释放大量热量，多被用来存储热能和控制温度。然而对于固
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液相变材料，在吸热储能时，由于相变材料发生固—液相变，液相多会发生泄露，从而使得相变材料流失减少，导致相变材料的循环性能降低。目前已有的主要解决方法为微胶囊法和吸附法。微胶囊法是指在相变微粒的表面包裹一层性能稳定的薄膜从而行城具备核壳结构的微胶囊。其虽然能有效减少材料的泄露率，但是制备工艺复杂，成本较高昂。而吸附法则是选用多孔材料来负载相变材料，从而来解决泄露问题。此方法由于工艺易于操作，且整体成本较微胶囊低得多，近年来大量学者对其进行了研究。
[0003]现有用来负载相变材料的多孔材料的比表面积小，吸附不好，容易发生泄露。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种藕杆生物质多孔碳复合相变材料及制备方法，解决现有多孔相变材料比表面积小，容易发生泄露的问题。
[0005]技术方案：本专利技术所述的藕杆生物质多孔碳复合相变材料，包括藕杆生物质碳材料和无机水合盐相变材料，生物质碳材料的质量分数为1％～9％。
[0006]所述无机水合盐相变材料为十二水合磷酸氢二钠，十水合碳酸钠、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠中的至少一种。
[0007]本专利技术所述的藕杆生物质多孔碳复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)新鲜藕杆用去离子水洗净后切成长条自然晾干；
[0009](2)晾干的藕杆条浸泡在K2CO3溶液中去除多余杂质，再用去离子水浸入清洗至中性；
[0010](3)将藕杆条烘干，浸泡在K2CO3溶液中进行活化；
[0011](4)使用管式炉在氩气气氛下，将活化得到的藕杆条以3
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5℃/min的升温速度升至700～900℃保温2
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3h；
[0012](5)取出经过步骤(4)处理的材料，冷却至室温后分别用HCl和去离子水清洗至中性并将其烘干，得到藕杆多孔生物质碳材料；
[0013](6)将制得的藕杆多孔生物质碳材料与无机水合盐相变材料按压成块状一起放入烧杯中，放入水浴锅里，保温完成浸渍；
[0014](7)取出浸渍的复合相变材料放入烘箱中，去除复合相变材料表面的液体或没有完全吸附的相变材料，不停更换滤纸，直至没有液体泄漏，即得藕杆生物质多孔碳复合相变
材料。
[0015]其中，所述步骤(1)中长条为2
‑
3cm。
[0016]所述步骤(2)中浸泡在1mol/L的K2CO3溶液中6
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12h。
[0017]所述步骤(3)中浸泡在2
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4mol/L的K2CO3溶液中12～24h进行活化。
[0018]所述步骤(5)中HCl的质量浓度为10％。
[0019]所述步骤(7)中烘箱的温度为80℃。
[0020]技术原理：藕杆是天然的大孔多孔材料，经过一系列处理后，可以生成大量的微孔和介孔，制得的生物质炭材料有巨大的比表面积和丰富的孔径结构，可以很好的吸附固液相变材料有效地解决了泄露，利用K2CO3活化的原理如下：
[0021][0022]K2O+C
→
2K+CO
[0023]K2CO3+2C
→
2K+3CO
[0024]随着温度升高主要发生上述公式反应，K2CO3被碳化还原为K、K2O、CO和CO2等。且随着气体分子的溢出，C原子的消耗，K单质等中间产物的挥发和分解，材料表面会形成许多孔隙。其中C原子的消耗以及K单质的溢出形成了大量微孔。
[0025]有益效果：本专利技术以每年有大量废弃的农业废料藕杆作为原材料，经过一系列处理，使其变成生物质多孔碳材料，可以作为支撑材料负载相变材料，藕杆每年可再生，绿色环保且成本低；制备的生物质多孔碳材料作为支撑材料，其比表面积巨大，孔径丰富，可以有效地吸附住液态相变材料，从而避免相变材料的减少，有效地解决泄露问题；同时还可以提升复合相变材料的导热系数。
附图说明
[0026]图1实施例1中碱改性后藕杆生物质碳材料的氮气吸脱附等温线图；
[0027]图2中A曲线为实施例1中纯无机水合盐的步冷曲线图；B曲线为无机水合盐/藕杆碳材料的不冷曲线图；
[0028]图3为实施例1中藕杆生物质碳材料的吸附孔径分布图。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术进行进一步说明。
[0030]实施例1
[0031]本专利技术公开的藕杆生物质多孔碳复合相变材料的制备过程如下：
[0032](1)将采集的藕杆用去离子水洗净，切成2cm条状并自然晾干；
[0033](2)将步骤1中晾干的藕杆浸泡在1mol/L的K2CO3溶液中6h，去除多余杂质，再用去离子水浸入清洗至中性；
[0034](3)将藕杆条烘干，浸泡在3mol/L的K2CO3溶液中12h来进行活化；
[0035](4)使用管式炉在氩气气氛下，将步骤3中活化得到的藕杆条以2℃/L的升温速度升至700～900℃，保温2h；
[0036](5)取出经过步骤4后得到的材料，冷却至室温后分别用质量浓度为10％的HCl和去离子水清洗至中性并将其烘干，得到多孔生物质碳材料；
[0037](6)将制得的多孔生物质碳材料与十二水合磷酸氢二钠一起放入烧杯中，多孔生物质碳材料的质量为整体质量的9％，放入水浴锅中60℃加热120min；
[0038](7)取出完成浸渍的复合相变材料。
[0039](8)将步骤7完成浸渍的复合相变材料放入60℃的烘箱中，去除复合相变材料表面的液体无机水合盐相变材料或没有浸渍至孔内的液体。不停更换滤纸，直至没有液体泄漏。
[0040]实施例2
[0041]将制得的多孔生物质碳材料与三水合醋酸钠一起放入烧杯中，放入真空加热炉中 70℃加热120min；
[0042]将完成浸渍的复合相变材料放入70℃的烘箱中，去除复合相变材料表面的液体有机材料或没有浸渍至孔内的液体。不停更换滤纸，直至没有液体泄漏。
[0043]其余与具体实施例1步骤相同。
[0044]实施例3
[0045]将制得的多孔生物质碳材料与按1:1比例混合的十水合硫酸钠和三水合醋酸钠一起放入烧杯中，放入真空加热炉中70℃加热120min；
[0046]将完成浸渍的复合相变材料放入70℃的烘箱中，去除复合相变材料表面的液体无机材料或没有浸渍至孔内的液体。不停更换滤纸，直至没有液体泄漏。
[0047]其余与具体实施例1步骤相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种藕杆生物质多孔碳复合相变材料，其特征在于，包括藕杆生物质碳材料和无机水合盐相变材料，生物质碳材料的质量分数为1％～9％。2.根据权利要求1所述的藕杆生物质多孔碳复合相变材料，其特征在于，所述无机水合盐相变材料为十二水合磷酸氢二钠，十水合碳酸钠、五水合硫代硫酸钠、三水合醋酸钠中的至少一种。3.如权利要求1所述的藕杆生物质多孔碳复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)新鲜藕杆用去离子水洗净后切成长条自然晾干；(2)晾干的藕杆条浸泡在K2CO3溶液中去除多余杂质，再用去离子水浸入清洗至中性；(3)将藕杆条烘干，浸泡在K2CO3溶液中进行活化；(4)使用管式炉在氩气气氛下，将活化得到的藕杆条以3
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5℃/min的升温速度升至700～900℃保温2
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3h；(5)取出经过步骤(4)处理的材料，冷却至室温后分别用HCl和去离子水清洗至中性并将其烘干，得到藕杆多孔生物质碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，叶书航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：