一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料及其制备方法，所述相变微胶囊复合储热材料整体呈现核壳结构，以石蜡为核心，具有光催化特性的结晶型TiO2作为壳壁包覆在石蜡表面，纳米氮化钛和碳纳米管复合共混的光热转化粒子作为核壳改性材料均匀附着在TiO2表面。该相变微胶囊复合储热材料具有稳定的核

【技术实现步骤摘要】
一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料及其制备方法，该材料属于能源领域，应用于太阳能光催化及热能存储领域。

技术介绍

[0002]随着能源的增长和工业的发展，全球能源需求急剧增加，提高能源使用效率和开发可再生能源是目前人类面临的重要课题，可再生太阳能具有巨大的优势，因此，它的高效利用是未来世界发展的一个有希望的选择。太阳能热能转换是一种重要的利用方法，在很大程度上依赖于捕获、转换和储存过程。太阳能对热能利用的效率取决于蓄热和光子捕获材料的热物理和光学性质。相变材料(Phase Change Material,.PCM)可以通过相变过程(如固
‑
固、固
‑
液、液
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气)来利用热能，被认为是太阳能储存节能材料。相变储能是热能储存的一种方式，它是利用相变储能材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，这有助于提高能源利用效率和开发可再生能源。是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。
[0003]有机相变材料由于具有较大的潜热，较宽的熔化温度，物理和化学稳定性，以及适宜的相变温度范围和高能量存储密度等，因此被广泛认为是一种具有使用潜力的储能材料。此外，在相变过程中，这种材料很少或几乎不会出现过冷现象，而且还具有无毒性和良好的热可靠性。但是，大多数纯相变材料具有固
‑
液相变过程很难稳定存在，极易泄漏、流失，导致其多次相变循环后相变可逆性变差，最终失效，并且导热系数低，使得相变材料在实际应用中的效果不及预期。而且，大部分MPCM在现有的研究基本是热学性能方面的提升，然而在多功能化应用领域研究涉及较少。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料及其制备方法。本专利技术以石蜡(paraffin)为芯材，以结晶型TiO2为微胶囊壁材，并以纳米氮化钛(TiN)和碳纳米管(CNTs)复合共混的光热转化粒子(TiN
‑
CNTs)作为核壳改性材料均匀附着在TiO2表面，得到一种具有高光吸收率、高热导率、高包覆率及高光催化效率等特点。
[0005]本专利技术为实现上述专利技术目的所采用的技术方案为：
[0006]一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料，整体呈现核壳结构，以具有光催化特性的结晶型TiO2作为壳壁包覆在paraffin表面，以TiN
‑
CNTs复合共混的光热转化粒子作为核壳改性材料均匀附着在壳壁TiO2表面。核芯paraffin、壳壁TiO2、核壳改性材料中的TiN、核壳改性材料中的CNTs的质量比为100：(20
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25)：(1
‑
2)：(1
‑
2)。
[0007]作为上述技术方案的优选，所述微胶囊复合储热材料的平均粒径为1
‑
5μm，壁材为结晶型TiO2，其晶型为板钛矿型，核壳结构的包覆率为73.1％
‑
75％，壳壁厚度为100
‑
300nm。
[0008]一种制备上述具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料的制备方法，主要步骤如下：
[0009]S1：按照paraffin：钛酸四丁酯(TBT)：CNTs：TiN质量比为100：100：(1
‑
2)：(1
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2)准备原材料；
[0010]S2：在溶剂甲酰胺中，采用十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面改性剂改性paraffin，使其与融化的paraffin充分混合，制得透明状paraffin混合乳液；
[0011]S3：将钛酸四丁酯(TBT)溶液滴加在paraffin混合乳液中充分搅拌，使paraffin乳液体系充分混合，得到前驱体溶液；
[0012]S4：将微量乙酸加入到S3制得的前驱体溶液中充分搅拌，然后用恒压滴液漏斗向反应混合溶液中逐滴滴加去离子水和甲酰胺混合溶液，反应后制得无定形TiO2@paraffin微胶囊；
[0013]S5：将适量结晶诱导助剂加入到S4制得的无定形TiO2@paraffin微胶囊体系中，反应后制得板钛矿型TiO2@paraffin微胶囊；
[0014]S6：按照步骤S1称取CNTs和TiN在甲酰胺溶剂中充分分散后，再逐渐加入到S5中制得的板钛矿型TiO2@paraffin微胶囊体系中充分反应，制得微胶囊粗品；
[0015]S7：将S6制得的微胶囊粗品用乙醇洗涤后离心过滤，所得深灰色固态物质为TiN
‑
CNTs复合共混的光热转化粒子改性TiO2@paraffin微胶囊复合储热材料，即具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料。
[0016]作为上述技术方案的优选，S1中paraffin、TBT、CNTs及TiN的纯度均不低于99.0％。其中，CNTs的长度为10
‑
30μm，管直径为20
‑
30nm，羧基含量大于1.2wt％；TiN的尺寸为10
ꢀ‑
40nm；所述CNTs优选为羧基化多壁碳纳米管(C
‑
MWCNTs)。
[0017]作为上述技术方案的优选，S2的具体操作方式为：paraffin放入三口烧瓶中后置于磁力搅拌水浴锅中加热至70
‑
75℃，将磁力搅拌水浴锅的转速设置为500
‑
600rpm/min，待paraffin完全融化后，称取SDS作为表面改性剂加入三口烧瓶中，使其与融化的paraffin充分混合，然后加入甲酰胺作为反应溶剂，进一步提高磁力搅拌水浴锅的转速至800
‑
900rpm/min，加热搅拌2.5
‑
3小时后形成均匀稳定的水包油乳液(O/W)。其中，paraffin与SDS的质量比为100：(25
‑
50)，优选100：(30
‑
35)；paraffin与甲酰胺的质量比为2：(10
‑
20)，优选2：(15
‑
20)。
[0018]作为上述技术方案的优选，在S3中，paraffin与TBT的质量比为1：(0.8
‑
1.2)，搅拌时间为20
‑
60分钟。
[0019]作为上述技术方案的优选，在S4中，paraffin与乙酸的质量比为50：(0.5
‑
1.5)，优选为50：(1
‑
1.5)，搅拌时间为10
‑
15分钟；水与甲酰胺的质量比为(0.5
‑
1.5)：10，paraffin与水的质量比为2：(0.5
‑
1.5)，搅拌时间为2
‑
4小时，搅拌速度一般在500
‑
800rpm/min。
[0020]作为上述技术方案的优选，在S5中，结晶诱导助剂为NaF，p本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化特性的相变微胶囊复合储热材料，其特征在于：所述微胶囊复合储热材料为核壳结构，以石蜡为核芯，具有光催化特性的结晶型TiO2作为壳壁包覆在石蜡表面，纳米氮化钛和碳纳米管复合共混的光热转化粒子作为核壳改性材料均匀附着在TiO2表面；其中，核芯石蜡、壳壁TiO2、纳米氮化钛、碳纳米管的质量比为100：(20
‑
25)：(1
‑
2)：(1
‑
2)。2.根据权利要求1所述的相变微胶囊复合储热材料，其特征在于：微胶囊的平均粒径为1
‑
5μm范围内，核壳结构的壳壁厚度为100
‑
300nm，壳壁的包覆率不低于70％。3.根据权利要求1所述的相变微胶囊复合储热材料，其特征在于：碳纳米管的长度为10
‑
30μm，管直径为20
‑
30nm，羧基含量大于1.2wt％；纳米氮化钛的尺寸为10
‑
40nm。4.权利要求1
‑
3中任一项所述的相变微胶囊复合储热材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：S1：按照石蜡：钛酸四丁酯：碳纳米管：纳米氮化钛的质量比为100：100：(1
‑
2)：(1
‑
2)准备原料；S2：在溶剂甲酰胺中，采用十二烷基硫酸钠作为表面改性剂改性石蜡，使其与融化的石蜡充分混合，制得透明状石蜡混合乳液；S3：将钛酸四丁酯滴加在石蜡混合乳液中充分搅拌，使石蜡混合乳液充分混合，得到前驱体溶液；S4：将微量乙酸加入到S3制得的前驱体溶液中充分搅拌，然后用恒压滴液漏斗逐滴滴加水和甲酰胺的混合溶液，边滴加边搅拌，反应后制得无定形TiO2@石蜡微胶囊体系；S5：将适量结晶诱导助剂加入到S4制得的无定形TiO2@石蜡微胶囊体系中，反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，叶鸿淳，李元元，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：