一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法及其应用

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于材料工程
，具体涉及一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]由于太阳能等能源清洁绿色并且在我国具有充沛的可用量，因此聚光式太阳能热发电等新能源发电技术逐渐成为实现双碳政策与绿色发展的关键技术
。
然而，由于太阳能等新能源在时
‑
空中具有不稳定
、
不平衡的特性
。
若将其直接并入电网将引起电力系统工作的不稳定性，影响生产工作的安全，因此该性质成为限制其发展的最主要因素
。
[0003]储热设备由于其可将源
‑
荷在时间上转移的特点，将其与机组耦合可有效平稳机组功率的波动，增强对新能源电力的消纳能力
。
此外，与显热储能和潜热储能相比，热化学储能因其温度范围宽
、
储存时间长
、
热损失小等优点而受到广泛关注其储热容量高
、
储热周期长且性质稳定的优点被作为第三代光热机组储热技术
。
[0004]钙基储热材料尤其是碳酸钙
/
氧化钙反应体系，由于其成本低廉
、
原料广泛
、
储热性能好以及对环境友好无污染成为近年来研究的热点
。
然而在其实际应用中，反复的充放热循环引起了钙基材料的烧结，造成其储热性能的衰退，因此在储热系统中需定期对储热材料进行更换来保证其健康的寿命结构，该问题大大增加了机组运行成本与安全隐患，是限制其大规模应用的主要因素
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是：提供了一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法及其应用
。
本专利技术能够改善碳酸钙钙基储热材料在多次反应过程中的团聚问题，提高材料使用寿命
。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，基于碳酸钙
/
氧化钙反应体系，利用乙酸钙
、
乙酸镁分别作为钙源和镁源，在柠檬酸电离所生成的氢离子与柠檬酸根的作用下，发生复分解反应生成柠檬酸钙
、
柠檬酸镁纳米颗粒，并与水
、
乙醇发生络合形成溶胶；将溶胶经干燥
、
煅烧
、
研磨获得氧化镁掺杂钙基储热材料
。
[0007]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，氧化镁的质量分数
A
为5％～
15
％，碳酸钙的质量分数为1‑
A。
[0008]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法的溶胶制备过程中，将乙醇作为络合增强剂分批次滴入发生络合的混合溶液中
。
[0009]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，钙
、
镁以柠檬酸钙与柠檬酸镁的形式与水
、
乙醇络合形成溶胶均匀掺杂混合
。
[0010]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，溶胶制备过程如下：将乙酸钙
、
乙酸镁置入水中搅拌溶解，搅拌时使用水浴恒温，水浴温度
50℃
；溶解完全
、
溶液清澈后，加入柠檬酸与乙醇，将水浴温度提高至
60℃
搅拌
8h
至溶胶形成
。
[0011]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，搅拌转速
600rad/min
，保持
30
分钟
。
[0012]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，溶胶经干燥条件为
80℃
下干燥6小时
。
[0013]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，恒温干燥的条件是
80℃
下干燥6小时
。
[0014]前述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法中，煅烧过程如下：将干燥后的混合物在
650℃
下初步煅烧3小时；初步煅烧完成后，将温度升至
800℃
燃烧
15
分钟
。
[0015]前述的制备方法制得的钙基储热材料，用于聚光式太阳能或火电机组高温蒸汽储热罐的传热介质，其放热反应产生的高温二氧化碳可同时作为换热介质或流动介质与外界做功或换热，用于供热或供给汽轮机连接发电机产电，增加电力系统局部对新能源电力的消纳能力
。
[0016]本专利技术的优点是：与现有技术相比，本专利技术利用乙酸钙与乙酸镁作为前驱物，以柠檬酸作为反应物质引入柠檬酸根，经过干燥
、
煅烧
、
研磨等步骤制备氧化镁掺杂钙基储热材料；该方法制得的氧化镁掺杂钙基储热材料中，主体材料质量比例大于骨架材料质量比例，并可通过前驱物配比进行调整
。
本专利技术实施案例中制备了主要成分包括质量分数为
95
％的碳酸钙掺杂5％的氧化镁，能够利用氧化镁能够吸附在碳酸钙表面且在高温下化学性质稳定的特点，以此来改善碳酸钙
/
氧化钙反应体系储热材料在反复充放热循环过程中产生的局部烧结团聚问题
。
同时，本专利技术制得的钙基储热材料，可作为高温太阳能集成器以及锅炉余热回收系统中反应床或储热器的储热介质，其具有更好的反应稳定性与反应均匀性以及更快的反应速率，同时其制备方便
、
反应过程绿色无污染
、
应用性更强
。
此外该制备方法成本低
、
可批量生产，并且设备以及制备工艺简单
、
易于除杂
、
生产效率高
。
[0017]综上所述，本专利技术能够改善碳酸钙钙基储热材料在多次反应过程中的团聚问题，提高材料使用寿命
。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施办法中提供的一种氧化镁掺杂钙基储热材料制备方法的流程图
。
[0019]图2是本专利技术实施办法中所制备材料步骤
S3
中所制备的溶胶煅烧分解的热重示意图
。
[0020]图3是本专利技术实施办法中所提供的一种氧化镁掺杂钙基储热材料的
X
射线衍射分析
(XRD)
图
。
[0021]图4是本专利技术实施办法中所提供的一种氧化镁掺杂钙基储热材料与对照纯碳酸钙的多次循环前后变化的热重曲线示意图
。
[0022]图5是本专利技术实施办法中所提供的一种氧化镁掺杂钙基储热材料及对照碳酸钙在反复充放热前后的
SEM
图
。
[0023]图6是本专利技术实施办法中所提供的一种氧化镁掺杂钙基储热材料应用的流程图
。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，其特征在于，基于碳酸钙
/
氧化钙反应体系，利用乙酸钙
、
乙酸镁分别作为钙源和镁源，在柠檬酸电离所生成的氢离子与柠檬酸根的作用下，发生复分解反应生成柠檬酸钙
、
柠檬酸镁纳米颗粒，并与水
、
乙醇发生络合形成溶胶；将溶胶经干燥
、
煅烧
、
研磨获得氧化镁掺杂钙基储热材料
。2.
根据权利要求1所述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，其特征在于，氧化镁的质量分数
A
为5％～
15
％，碳酸钙的质量分数为1‑
A。3.
根据权利要求1所述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，其特征在于，溶胶制备过程中，将乙醇作为络合增强剂分批次滴入发生络合的混合溶液中
。4.
根据权利要求1所述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，其特征在于，钙
、
镁以柠檬酸钙与柠檬酸镁的形式与水
、
乙醇络合形成溶胶均匀掺杂混合
。5.
根据权利要求1所述的基于氧化镁掺杂的钙基储热材料制备方法，其特征在于，溶胶制备过程如下：将乙酸钙
、
乙酸镁置入水中搅拌溶解，搅拌时使用水浴恒温，水浴温度
50℃
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄平安，孙浩程，杨薛明，苑初明，陈家宁，苏辉，
申请(专利权)人：保定维赛新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：