一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术为一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒及其制备方法。颗粒可分为芯体和壳体，芯体的组分为化学储热材料、羧甲基纤维素钠和活性炭。壳体的组分为碳化硅、十二烷基苯磺酸钠、氧化锆、聚乙烯醇、活性炭，本发明专利技术所制备颗粒可在空气氛围下进行多次储放热循环而不发生破碎或开裂、壳体渗透性高、储热速度快、机械强度高、循环稳定性好，可应用于工业中的大规模储热场景。热场景。热场景。

【技术实现步骤摘要】
一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热化学储热领域
，特别是涉及一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境污染的加剧和人类能源消费的不断增长，化石能源的利用越来越展现出不可持续的特点，寻求可持续利用的清洁能源成为全世界面临的重要问题。然而，目前清洁能源的利用严重依赖于气候、天气等自然因素，具有较大的间歇性和波动性，难以成为主流能源。储热技术可以有效改善清洁能源的不均匀性问题。
[0003]储热技术可分为显热储热、相变储热和热化学储热。相比于其他储热技术，热化学储热技术具有储热密度高、输送距离远和可实现跨季节储热的特点，在太阳能热利用、工厂余热回收、低温供暖等领域具有广阔的应用前景。
[0004]热化学储热技术的实现装置可分为固定床和流化床，相对于固定床，流化床具有传热效率高、储热速度快的特点，在大规模的应用场景下更具优势。但目前的热化学储热材料如氢氧化钙、碳酸钙和氢氧化镁通常为粉末状，在流化气体与粉体的分离过程中出现难以分离的问题，会造成后续气路的堵塞；同时在循环过程中还易发生粉体团聚和结块而堵塞粉体输运管道，难以在流化床中大规模应用。为了将储热材料应用于流化床，需要将粉末制成粒径均匀、具有一定机械强度且在循环后不发生破碎和开裂的颗粒状材料。
[0005]目前的造粒技术通常采用掺杂粘结剂和制备核壳结构颗粒的方法。由于粘结剂的抗氧化性能较差，掺杂粘结剂的方法所制备的颗粒通常只能在氮气氛围下使用，维持氮气氛围将会大大增加储热系统成本。此外，粘结剂会随着循环次数的增加而失效，导致颗粒出现开裂和破碎。现有制备核壳结构颗粒的方法是在储热材料外包裹一层陶瓷材料，但储热材料的储放热反应通常伴随着气体的吸收和释放，这种陶瓷材料会对气体的扩散造成阻碍，导致反应物的转化率下降至50％
‑
70％，使材料的储热密度大大降低。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有核壳结构储热颗粒产品中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术其中一个目的是，克服现有核壳结构储热颗粒产品的不足，提供一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒。
[0009]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒，其包括壳体和芯体，所述壳体包括碳化硅、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、氧化锆、活性炭，所述芯体包括储热材料，活性炭、羧甲基纤维素钠。
[0010]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的一种优选方案，其中：按照重
量计，所述壳体包括碳化硅80％
‑
90％，十二烷基苯磺酸钠5
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15％，聚乙烯醇2.5
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10％，氧化锆2.5
‑
10％，活性炭1
‑
10％。
[0011]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的一种优选方案，其中：按照重量计，所述芯体包括储热材料60
‑
90％，活性炭5
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30％，羧甲基纤维素钠5
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15％。
[0012]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的一种优选方案，其中：所述储热材料包括氧化钙/氢氧化钙，氧化钙/碳酸钙，氧化镁/氢氧化镁，氧化镁/碳酸镁中的一种或几种。
[0013]本专利技术另一个目的是，提供一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法。
[0014]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
[0015]制备芯体小球：将芯体原料混合后加适量水使其成为凝胶状固体，将凝胶状固体切块并滚圆得到芯体小球；
[0016]控制壳体水分：将壳体原料混合后加水并加热搅拌，水分蒸发至一定程度时停止加热得到粘稠浆状物；
[0017]制备核壳结构储热颗粒：将芯体小球在浆状物中多次包覆，干燥后恒温煅烧即可得到高壳体渗透性的核壳结构储热颗粒。
[0018]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法的一种优选方案，其中：按照重量计，所述制备芯体小球中，所述水：芯体原料＝1～2:1。
[0019]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法的一种优选方案，其中：按照重量计，所述控制壳体水分中，粘稠浆状物：壳体原料＝2～4:1。
[0020]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法的一种优选方案，其中：制备芯体小球中，芯体原料为储热材料，活性炭、羧甲基纤维素钠，所述储热材料为氧化钙/氢氧化钙，氧化钙/碳酸钙，氧化镁/氢氧化镁，氧化镁/碳酸镁中的一种或几种。
[0021]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法的一种优选方案，其中：控制壳体水分中，客体原料包括碳化硅、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、氧化锆、活性炭。
[0022]作为本专利技术所述高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法的一种优选方案，其中：制备核壳结构储热颗粒中，恒温煅烧为使用空气连通的管式炉，加热至1000℃
‑
1300℃，恒温煅烧1小时以上。
[0023]本专利技术为一种具有核壳结构的热化学储热颗粒的制备方法。颗粒可分为芯体和壳体，芯体的组分为化学储热材料、羧甲基纤维素钠和活性炭。壳体的组分为碳化硅、十二烷基苯磺酸钠、氧化锆、聚乙烯醇、活性炭，本专利技术首先将芯体的原料按比例混合均匀，加入少量水使其成为凝胶状，然后将其切块滚圆成为粒径均匀的小球。再将壳体的组分混合均匀，加入适量水使其成为浆状物。将上述芯体小球在壳体浆状物中混合，使其包裹上一层浆状物并在室温下干燥，之后将干燥后的颗粒在空气氛围下煅烧，即可得到高壳体渗透性的核壳结构储热颗粒。本专利技术所制备颗粒可在空气氛围下进行多次储放热循环而不发生破碎或开裂、壳体渗透性高、储热速度快、机械强度高、循环稳定性好，可应用于工业中的大规模储热场景。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0025]图1为本专利技术方法流程图；
[0026]图2为本专利技术制备的核壳结构颗粒内部结构(左)和外观图(右)；
[0027]图3为本专利技术制备的核壳结构颗粒孔径分布曲线图；
[0028]图4为颗粒壳体粒间空隙形貌图；
[0029]图5为颗粒壳体造孔剂孔隙形貌图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒，其特征在于：包括壳体和芯体，所述壳体包括碳化硅、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、氧化锆、活性炭，所述芯体包括储热材料，活性炭、羧甲基纤维素钠。2.根据权利要求1所述的高壳体渗透性核壳结构储热颗粒，其特征在于：按照重量计，所述壳体包括碳化硅80％
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90％，十二烷基苯磺酸钠5
‑
15％，聚乙烯醇2.5
‑
10％，氧化锆2.5
‑
10％，活性炭1
‑
10％。3.根据权利要求1所述的高壳体渗透性核壳结构储热颗粒，其特征在于：按照重量计，所述芯体包括储热材料60
‑
90％，活性炭5
‑
30％，羧甲基纤维素钠5
‑
15％。4.根据权利要求3所述的高壳体渗透性核壳结构储热颗粒，其特征在于：所述储热材料包括氧化钙/氢氧化钙，氧化钙/碳酸钙，氧化镁/氢氧化镁，氧化镁/碳酸镁中的一种或几种。5.一种高壳体渗透性核壳结构储热颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，制备芯体小球：将芯体原料混合后加适量水使其成为凝胶状固体，将凝胶状固体切块并滚圆得到芯体小球；控制壳体水分：将壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫君，赵长颖，莫雅超，张艳梅，顾清之，朱郁波，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：