本发明专利技术公开了一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法和应用，采用生物基多孔碳作为支撑骨架负载聚乙二醇(PEG)相变介质，大大地提高了相变材料的热稳定性能。同时，添加高导热性、大比表面积和优异的光热特性的MXene纳米改性填料，并与生物基多孔碳载体、PEG相变介质复合，构筑了新型MXene改性生物基多孔碳复合相变材料。MXene改性后的多孔碳载体显著的提高了多孔碳载体的导热性能，进一步增强了复合相变材料的导热性能。此外，所制得的新型复合相变材料还兼具出色的储热以及光热转换性能，在光热转换存储以及废热回收利用等方面具有广泛的应用价值。与此同时，还为固废再利用提供了一种可行性方案。还为固废再利用提供了一种可行性方案。还为固废再利用提供了一种可行性方案。
【技术实现步骤摘要】
一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于相变材料制备方法
，涉及一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法与应用
技术介绍
[0002]近年来，随着社会的发展，环境污染问题越来越严重，相应的能源危机也随之到来。因此，需要采取有效措施，提高能源的利用率或者开发研究其他的可再生能源，去解决能源危机。其中，太阳能是具有代表性的绿色能源，但是传统的太阳能使用受到昼夜更替，光照条件的限制，使得太阳能利用效率低，而储能技术可以有效的解决这个问题。而基于相变材料的储热技术是目前最具潜力的储能技术之一。
[0003]相变材料(PCM)是一种在其发生物相变化的过程中，可以从环境中吸收热/冷量或者向环境中释放热/冷量从而达到热量储存或者热量释放的目的的一种有独特潜热性能的材料。但是大多数有机PCM在实际应用当中还有许多困难，比如在热能的储存和释放过程中存在的泄露行为。为了解决泄漏的问题，研究者们提出了许多制备稳定形式的PCM的方法，其中多孔材料对PCM进行封装的方法简单，成本低，吸附效率高，特别值得注意的是由于其丰富而独特的孔隙结构和毛细管吸附性能可以将相变材料有效的封装在多孔空间内，使其热稳定性和可靠性大大提升，使PCM能够更好在实际中发挥作用。所以本研究引入多孔碳作为支撑物，生物基多孔碳作为一种特殊的碳基材料在可再生能源储存方向上具有很大的发展潜力，此外，由于其具有超高的比表面积、大孔隙率、优越的化学稳定性和独特的导电性能等优点，在吸附领域展示了其巨大的应用潜能。这意味着生物质多孔材料是包装PEG相变材料的理想基质。火龙果皮泡沫(PPF)作为一种潜在的生物质多孔吸附材料，为相变材料提供了一个稳定且高负载率的支撑骨架，同时使用火龙果皮作为生物基多孔碳材料也在废物回收利用方面做出了贡献。
[0004]虽然复合相变材料的防泄露能力得到了提高，同样光热转换效率也是一个限制其实际应用的因素，所以提高太阳能热能存储率(光热转换率)很有必要。最近的研究发现可以通过在复合相变材料中加入改性物质增加其光热转换性能，本研究中我们通过引入MXene来提高复合相变材料(CPCM)的光热转换性能。MXene是一系列由二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成的新型二维(二维)材料，具有较高的金属热导率，强的非线性光学响应，在储能方面得到了广泛的运用，特别是由于其优异的电磁波吸收能力，在研究实现更高的光热转换效率方面也受到了密切的关注。
[0005]在此前提下，本研究采用简单的真空浸渍法，首次将MXene引入以火龙果皮衍生多孔碳载体，以PEG6000作为相变介质的相变复合材料中，制备了具有高储热性、高光热转化效率CPCM。结果表明，通过冷冻干燥后碳化获得的生物质多孔材料对PCM具有显著的吸附能力和优异的防泄漏能力。而少量单层MXene纳米片的引入不仅进一步提高了生物质多孔碳(BPC)对PEG的吸附效率、导热率和热稳定性，更重要的是，同时显著提高了PEG/BPC@M的光
热转换能力。综上所述，本研究为开发新型环保材料开辟了一条新的途径，也为MXene在相变材料光热转化领域的应用提供新的策略。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法与应用，从而解决现有技术中存在聚乙二醇相变材料在相变过程中呈液态发生熔融泄露及热导率低、光热转换效率低的技术问题。
[0007]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料及其制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)：将废弃的火龙果皮用无水酒精和去离子水多次冲洗后转移至冷冻室内预冻。随后转移至真空冷冻干燥箱中干燥；将干燥后的火龙果皮气凝胶高温碳化，制备出了所需的多孔碳材料。
[0010](2)：将Ti3AlC2加入LiF和HCl的混合溶液中反应后，先后用稀盐酸和去离子水进行多次离心洗涤，将得到的沉淀物分散在离子水中进行简单超声，通过离心得到稳定的MXene胶体溶液。
[0011](3)：将所述多孔碳材料浸入MXene溶液中经简单超声后进行真空浸渍，制备出改性多孔碳材料。
[0012](4)：将所述多孔碳材料和改性多孔碳材料分别与PEG混合进行真空浸渍，得到所述基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料。
[0013]优选的，所述步骤(1)中，火龙果皮切成小方块，火龙果皮预冻时间为12
±
2h，真空干燥时间为48
±
4h。
[0014]优选的，所述步骤(1)中，火龙果皮在氮气环境中高温碳化。
[0015]优选的，所述步骤(1)中，火龙果皮碳化的高温碳化过程：火龙果皮首先以2
±
0.2℃/min的升温速率下升温至200
±
20℃，预碳化2
±
0.2h；接着以5
±
0.5℃/min速率升温至800
±
80℃高温碳化2
±
0.2h，最后以5
±
0.5℃/min速率降至室温。
[0016]优选的，所述步骤(2)中，LiF的质量为1.8
±
0.2g，HCl的容积为20mL。搅拌30min使其混合均匀。
[0017]优选的，所述步骤(2)中，1
±
0.1g的Ti3AlC2少量分批多次加入混合溶液中，在40
±
4℃磁力搅拌器中搅拌24
±
2h。
[0018]优选的，所述步骤(2)中，用3500
±
300rpm的转速离心洗涤，洗涤至PH≥6。
[0019]优选的，所述步骤(2)中，沉淀物在冰水浴环境下用洗气瓶通氮气超声120
±
10min，以3500
±
300rpm离心60
±
5min得到MXene胶体溶液。
[0020]优选的，所述步骤(3)中，简单超声10
±
1min后，在35
±
2℃温度下真空干燥，期间多次抽放气。
[0021]优选的，所述步骤(4)中，所述PEG为PEG6000。
[0022]优选的，所述步骤(4)中，在80
±
10℃温度下真空浸渍48
±
4h，期间多次抽真空。
[0023]一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料通过上述方法制得：所述火龙果皮衍生多孔碳及改性火龙果皮衍生多孔碳的平均孔径为13.45nm和10.40nm；所述基于火龙果皮衍生多孔碳及改性火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料的导热系数为0.321W/
(m.K)和0.566W/(m.K)，光热转换效率为63.1％和92.6％。
[0024]上述的一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料，所述火龙果皮衍生多孔碳及改性火龙果皮衍生多孔碳复合相变材料中对PEG的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：S1、将废弃的火龙果皮预处理后制得火龙果皮气凝胶；S2、采用分段式碳化法对火龙果皮气凝胶进行高温碳化，制得所需的火龙果皮衍生多孔碳材料；S3、采用低温水热法和原位刻蚀法，以Ti3AlC2、LiF和HCl为原料，制备MXene胶体溶液；S4、将S2制得的多孔碳材料浸入S3制得的MXene胶体溶液中，再经简单超声处理后进行真空浸渍，制备出改性多孔碳材料；S5、将S2制得的多孔碳材料和S4制得的改性多孔碳材料分别与聚乙二醇PEG混合进行真空浸渍，得到所述基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料。2.根据权利要求1所述的一种基于火龙果皮的多孔碳复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中的预处理具体为：先将废弃的火龙果皮用无水酒精和去离子水分别多次冲洗后切成小块，再放入冷冻容器内预冻12+2h，随后进行真空冷冻干燥48+4h。3.根据权利要求1所述的一种基于火龙果皮衍生多孔碳储热复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中的高温碳化具体为：在氮气环境中，火龙果皮首先以2
±
0.2℃/min的升温速率下升温至200
±
20℃，预碳化2
±
0.2h；接着以5
±
0.5℃/min速率升温至800
±
80℃高温碳化2
±
0.2h，最后以5
±
0.5℃/min速率降至室温。4.根据权利要求1所述的一种基于火龙果皮的多孔碳复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤S3具体为：先将LiF加入HCl溶液中搅拌混合；再将Ti3AlC2少量分批多次加入混合溶液中，在40
±
4℃磁力搅拌器中搅拌反应24
±
2h，LiF∶HCl∶Ti3AlC2＝1.8
±<...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡小武，谢雨琼，陈文静，江雄心，唐建成，
申请(专利权)人：江西国创院新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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