一种多孔聚合物-石墨烯基复合定型相变材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多孔聚合物

【技术实现步骤摘要】
一种多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于相变储能材料及其制备
，涉及了一种多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料的设计及其制备技术。

技术介绍

[0002]热能是我们日常生活中最常见的的能源，也是最丰富的能源形式之一。开发热能储存技术来有效的提升热能使用效率的重要性不言而喻。在各种热能储存技术中，基于相变材料的潜热储存技术以其运作简单、能量储存密度大等特点受到广泛的关注。相变材料可以在其相变循环中吸收/释放能量，并且在能量转变过程中温度基本保持不变。把相变材料整合到能量储存系统中，可以对热能进行管理并提高其使用效率。
[0003]将相变材料浸渍在多孔材料的内部孔结构中，能够得到定型相变材料。多孔材料具有大的表面积、孔体积和存贮容量，能够很好地吸附相变材料来储存热能。通过选择和构造理想的多孔支撑材料并与相变材料整合形成定型相变材料，能够提高相变材料的耐久性、热导率、热稳定性和化学稳定性。另外，孔隙限制作用和孔隙表面与相变材料分子之间的相互作用能够极大地影响相变过程中液体的物理性质并阻止泄漏。
[0004]本专利技术通过将聚合物溶液与氧化石墨烯水分散液简单混合形成水凝胶，再加入相变材料聚乙二醇制得多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料，所得复合相变材料为黑色块状物质，其中相变材料负载量高，具有优秀的储热和定型能力。同时，与其他石墨烯基复合相变材料相比，本专利技术制备过程中没有冷冻干燥、真空浸渍等繁琐操作，步骤简单，操作要求低，可用于热能转化与储存以及温度管理设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种简单的溶液共混方法，将聚合物溶液、氧化石墨烯水分散液以及相变材料聚乙二醇共混搅拌制备出多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007](1)将聚合物材料加入水中并搅拌，配制成一定质量百分比浓度的均相聚合物水溶液；
[0008](2)取氧化石墨烯水分散液，将步骤(1)制备的聚合物水溶液与其混合，搅拌得到黑色水凝胶；
[0009](3)向步骤(2)制得的黑色水凝胶中加入相变材料聚乙二醇，然后继续搅拌后，将所得的材料放入烘箱中烘干，制得多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料。
[0010]进一步地，所述步骤(1)中所用的聚合物材料为重均分子量在1
‑
1000万的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺中的一种或二种以上。
[0011]进一步地，所述步骤(1)中均相聚合物水溶液质量百分比浓度为1％
‑
10％，优选为1％
‑
4％，且在1％时最佳。
[0012]进一步地，所述步骤(2)中氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯含量为4
‑
13mg/ml，优选为10
‑
13mg/ml，最佳为12.5mg/ml。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中氧化石墨烯水分散液与聚合物水溶液混合后在水中搅拌时间为1
‑
6h，优选为1
‑
3h，且在搅拌2h时最佳。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中氧化石墨烯与聚合物的质量比为0.5:1
‑
2:1，优选为0.5:1
‑
1.5:1，且质量比在1:1时最佳。
[0015]进一步地，所述步骤(3)中所用的聚乙二醇分子量为6000
‑
20000，优选为12000
‑
20000，且分子量在20000时最佳。
[0016]进一步地，所述步骤(3)中加入相变材料聚乙二醇后搅拌时间为0.5
‑
4h，优选为0.5
‑
2h，且在1h时最佳。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中烘干温度为60
‑
120℃，烘干温度优选为80
‑
100℃，且在80℃时最佳；烘干时间为8
‑
48h，烘干时间优选为4
‑
24h，且在10h时最佳。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中聚乙二醇于制得的复合相变材料中的质量含量为70
‑
95％，聚乙二醇于相变材料中的质量含量优选为85
‑
95％，最佳为90％。
[0019]该方法采用相变材料聚乙二醇作为蓄热单元，聚合物
‑
石墨烯基体作为防止聚乙二醇固
‑
液相转换带来的泄漏问题，制备得到多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料。本方法所制备的多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料具有相变潜热高，储能稳定性好、热稳定性好、操作简单和成本低廉的优点，易于其在热能转化与储存以及温度管理设备等方面的应用。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本专利技术所制备的多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料负载量高，具有优秀的储热和定型能力。同时，与其他石墨烯基复合相变材料相比，本专利技术的多孔聚合物
‑
石墨烯基相变材料制备过程没有冷冻干燥、真空浸渍等繁琐操作，制备工艺简单、操作方便、要求低、产品无毒、无污染、易实现大规模工业生产，可用于热能转化与储存以及温度管理设备。
附图说明
[0021]图1为实施例1中所制备的多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料(聚乙二醇20000
‑
90％)的热分析曲线。说明：从DSC曲线可以看出当温度升高时，多孔聚合物
‑
石墨烯基复合相变材料开始熔化并吸收热量；当温度下降时，材料结晶，释放出储存的热量。
[0022]图2为实施例2中所制备的多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料(聚乙二醇20000
‑
95％)的热分析曲线。
[0023]图3为实施例3中所制备的多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料(聚乙二醇6000
‑
90％)的热分析曲线。
具体实施方式
[0024]实施例1
[0025](1)室温下，取0.25g分子量5000000的聚丙烯酰胺，向体系中加水至25g，搅拌4h，配制成质量百分比浓度为1％的均相聚丙烯酰胺水溶液；
[0026](2)取4ml氧化石墨烯含量12.5mg/ml的氧化石墨烯水分散液，将5ml步骤(1)制备
的1％的均相聚丙烯酰胺水溶液逐滴加入到氧化石墨烯水分散液中，快速搅拌2h得到黑色水凝胶；
[0027](3)向步骤(2)制得的黑色水凝胶中加入0.9g分子量为20000的相变材料聚乙二醇，然后继续搅拌1h后，将所得黑色水凝胶放入烘箱中常压下80℃烘干，制得聚乙二醇负载量90％的多孔聚合物
‑
石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料的制备方法，其特征在于具体以下工艺步骤：(1)将聚合物材料加入水中并搅拌，配制成一定质量百分比浓度的均相聚合物水溶液；(2)取氧化石墨烯水分散液，将步骤(1)制备的聚合物水溶液与其混合，搅拌得到黑色水凝胶；(3)向步骤(2)制得的黑色水凝胶中加入相变材料聚乙二醇，然后继续搅拌后，将所得的材料放入烘箱中烘干，制得多孔聚合物
‑
石墨烯基复合定型相变材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所用的聚合物材料为重均分子量在1
‑
1000万的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺中的一种或二种以上；所述步骤(1)中均相聚合物水溶液质量百分比浓度为1％
‑
10％，优选为1％
‑
4％，且在1％时最佳。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯含量为4
‑
13mg/ml，优选为10
‑
13mg/ml，最佳为12.5mg/ml；所述步骤(2)中氧化石墨烯与聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：史全，李艳更，孙克衍，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：