一种封装熔盐高温储热混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术属于高温相变储热材料领域，具体涉及一种封装熔盐高温储热混凝土及其制备方法，所述封装熔盐高温储热混凝土由按重量份计的下述组分制成：水泥：10

【技术实现步骤摘要】
一种封装熔盐高温储热混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高温相变储热材料领域，具体涉及一种封装熔盐高温储热混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国民经济的快速发展，社会对能源的总需求不断增加，但无论是从能源供给量还是从自然环境可持续性的角度来看，传统的化石能源都无法满足社会发展的需要，加快开发利用太阳能、风能等可再生能源迫在眉睫。在全球能源消费过程中，热能的消费占比超过50％，因此发展可再生热能技术至关重要。储热技术是有效地解决可再生能源供应与热能需求不匹配的矛盾、提高可再生能源稳定性与利用率的一种核心手段，在太阳能光热利用、电厂灵活改造、清洁供暖、工业废热与余热回收、电力削峰填谷、建筑节能等诸多领域广泛应用。
[0003]高性能储热材料是先进储热技术的核心。储热材料可分为显热储热、相变潜热储热和化学储热材料。其中，显热储热利用材料温度的升高进行储热，是当前成熟度最高、应用最广泛的规模化储热技术。相变潜热储热是利用材料本身的固液相变过程吸收/释放热量，实现大量潜热的储存和释放，具有储热密度高(显热储能的5～10倍)、储/释热温度稳定、易于控制等优点，是最具有潜力的新型储热材料。将显热储热材料与相变材料进行复合，制备复合储热材料，有望结合两者的优势，是当前储热技术发展的重要方向。在固液相变材料中，中高温熔融盐具有使用温度高、热稳定性好、比热容大、对流传热系数高、粘度低、饱和蒸汽压低、价格低廉等特点，在太阳能热发电、核电等高温传热储热领域具有广阔的应用前景。然而，熔盐相变储热材料存在着严重的吸湿性、腐蚀性强、固液相变后易泄漏、高温结构强度差等问题。针对存在的问题，当前研究的改善策略是利用高分子或金属材料对熔盐进行封装，将熔盐与外界的环境隔开，形成稳定的结构。但是，高分子壳体工作温度有限，难以满足高温熔盐应用需求；金属壳体单位密度大，大大降低复合材料储能密度，且壳体易于腐蚀、生产工艺复杂、成本高昂。在显热储热与相变储热复合材料制备过程中，当前主要选用陶瓷、黏土等作为熔盐相变材料的基体，通过高温烧结、碳化等工艺进行制备，耗能巨大，往往造成对大气、土壤和水资源的严重污染。而水泥作为胶凝材料可通过自身物理、化学变化将散粒状或块状材料粘结成整体，免去高温制备工艺造成能耗。同时，水泥形成的混凝土材料还具备成本低、易于加工、比热高、机械性能良好的特点。

技术实现思路

[0004]为了解决现有熔盐相变储热材料易吸湿、易泄露、高温力学性能差的问题，本专利技术创新地提供了一种封装熔盐高温储热混凝土及其制备方法，采用陶瓷壳体封装熔盐相变材料，再将封装后的熔盐材料作为骨料与水泥复合，制备获得混凝土基高温储热复合材料。陶瓷壳体可以将熔盐与外界环境隔开，消除熔盐对水泥基体的影响，同时解决熔盐易吸湿、易泄露、高温力学性能差的问题，能够获得成本优势明显、制备简单以水泥为基体的高温储热
复合材料体系。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种封装熔盐高温储热混凝土，由水泥：10
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18重量份、熔盐颗粒：65
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75重量份、增强导热材料：4
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8重量份、水：7
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12重量份、减水剂：0.1
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1重量份制成，通过陶瓷材料封装熔盐颗粒形成陶瓷外壳，然后将封装后的熔盐颗粒与水泥、增强导热材料加水混合搅拌，最后浇筑成型得到封装熔盐高温储热混凝土。
[0006]封装后的熔盐颗粒包括大粒径封装熔盐颗粒、中粒径封装熔盐颗粒、小粒径封装熔盐颗粒，其中大粒径封装熔盐颗粒尺寸大于20～40mm；中粒径封装熔盐颗粒尺寸大于5～20mm；小粒径封装熔盐颗粒尺寸0.155～5mm。
[0007]优选地，所述的水泥为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低钙铝酸盐水泥、钙镁铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或几种。水泥为无机胶凝材料，其加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把封装熔盐颗粒、增强导热材料等均匀、牢固地胶结在一起，主要作用是把固体物料胶结成整体并提供一定机械强度。
[0008]进一步地，所述封装熔盐颗粒的芯材为高温熔盐。
[0009]优选地，所述的高温熔盐采用的是碱金属或碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的一种或多种。
[0010]最优选地，所述高温熔盐为碳酸锂、碳酸钠和碳酸钠的共晶熔盐。
[0011]进一步地，陶瓷外壳为高导热、抗腐蚀陶瓷材料。最优选地，陶瓷外壳可以为二氧化钛/氧化锆。用于形成陶瓷外壳的前驱体为钛酸四丁酯、正丙醇锆。
[0012]进一步地，所述的增强导热材料可以为钢纤维、碳纤维、石墨粉、矿渣粉、高导热陶瓷颗粒等。
[0013]最优选的，所述增强导热材料为碳纤维。
[0014]本专利技术还提供了上述封装熔盐高温储热混凝土的制备方法，分别称量水泥、封装后的熔盐颗粒、增强导热材料、辅料，一起混合，然后加入水和减水剂，搅拌均匀后浇筑成型得到封装熔盐高温储热混凝土。
[0015]所述封装后的熔盐颗粒包括大粒径封装熔盐颗粒、中粒径封装熔盐颗粒、小粒径封装熔盐颗粒，其中大粒径封装熔盐颗粒尺寸20～40mm；中粒径封装熔盐颗粒尺寸5～20mm；小粒径封装熔盐颗粒尺寸0.155～5mm。
[0016]所述辅料为粉煤灰和矿渣粉。
[0017]进一步优选，熔盐颗粒的封装过程如下：
[0018]按照配方比例称取不同熔盐，置于搅拌机中搅拌混合均匀，将混合好的熔盐混合物加热熔融，自然冷却降温；冷却后进行粉碎再将粉末溶于去离子水，干燥粉碎过筛，得到不同粒径共晶结构的熔盐颗粒；
[0019]将前驱体钛酸四丁酯与无水乙醇按固定比例混合搅拌得到前驱体溶液，在前驱体溶液中加入不同粒径的高温熔盐颗粒，将高温熔盐颗粒与前驱体钛酸四丁酯充分搅拌混合，形成混合溶液；向混合溶液中加入蒸馏水与冰醋酸混合液，使混合溶液中的前驱体发生水解发应，水解反应钛酸四丁酯生成凝胶包覆到高温熔盐颗粒上，将凝胶包覆后的高温熔盐颗粒放入马弗炉进行烧结，待烧结结束取出材料自然冷却，得到封装熔盐颗粒。
[0020]按照颗粒大小对封装熔盐颗粒进行分级，将封装熔盐颗粒分为大粒径封装熔盐颗
粒、中粒径封装熔盐颗粒、小粒径封装熔盐颗粒，其中大粒径封装熔盐颗粒尺寸20～40mm；中粒径封装熔盐颗粒尺寸5～20mm；小粒径封装熔盐颗粒尺寸0.155～5mm。
[0021]本专利技术的有益效果在于：复合材料通过对熔盐颗粒的封装以及与水泥胶凝成型制得，最终制备的材料力学性能优良、储能密度大、热导率高、高温热性能稳定，满足试样在实际储热工况下服役需求。
[0022]1)对比与传统材料中直接利用熔盐材料完成相变储热，本专利技术对熔盐相变材料进行封装，可以解决熔盐材料的吸湿性强、固液相变易泄露的问题。外壳也能隔绝熔盐相变材料与混凝土材料的接触，减少熔盐高温融化后形成离子对混凝土基体的腐蚀性与毒性，增加复合材料高温稳定性，延长材料服役寿命。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，水泥：10
‑
18重量份、熔盐颗粒：65
‑
75重量份、增强导热材料：4
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8重量份、水：7
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12重量份、减水剂：0.1
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1重量份制成，通过陶瓷材料封装熔盐颗粒形成陶瓷外壳，然后将封装后的熔盐颗粒与水泥、增强导热材料加水混合搅拌，最后浇筑成型得到封装熔盐高温储热混凝土。2.根据权利要求1所述的封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，封装后的熔盐颗粒包括大粒径封装熔盐颗粒、中粒径封装熔盐颗粒、小粒径封装熔盐颗粒，其中大粒径封装熔盐颗粒尺寸大于20～40mm；中粒径封装熔盐颗粒尺寸大于5～20mm；小粒径封装熔盐颗粒尺寸0.155～5mm。3.根据权利要求1所述的封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，所述的水泥为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、低钙铝酸盐水泥、钙镁铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或几种。进一步地，本申请所述封装熔盐颗粒的芯材为高温熔盐。4.根据权利要求1所述的封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，所述熔盐颗粒中的熔盐采用的是碱金属或碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，所述熔盐颗粒中的熔盐为碳酸锂、碳酸钠和碳酸钠的共晶熔盐。6.根据权利要求1所述的封装熔盐高温储热混凝土，其特征是，所述陶瓷外壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶鹏，刘轶哲，徐扬哲，谢逸轩，邓涛，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：