System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法及其应用技术_技高网

一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法及其应用技术

技术编号:40536165 阅读:23 留言:0更新日期:2024-03-01 13:58
一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,以丙烯酰胺为单体、亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、二氧化锆微纳米颗粒为光谱改性剂、过硫酸铵为引发剂、四甲基乙二胺作为催化剂,通过自由基聚合反应制备微纳米复合制冷水凝胶,通过调控单体与交联剂的摩尔比使其具有高度缠结结构。再将微纳米复合水凝胶浸泡在溴化锂溶液中,直至溶胀平衡。还涉及上述吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的应用,用于水果或生物制剂非电力依托的冷链运输。本发明专利技术具有日间辐射制冷与蒸发制冷耦合效应,并具有夜间环境水分捕集功能实现冷源补充,具有高度缠结结构实现在高含水率下的强韧特性,实现零能耗,零排放的被动式高效制冷,属于被动式制冷技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及被动式制冷,具体涉及一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法及其应用


技术介绍

1、工业化的快速发展和人民生活水平的提高引起了制冷的巨大需求。目前,主流的制冷技术为蒸汽压缩式制冷循环,该技术已经渗透到工业、农业、建筑、医疗、物流等各个领域,但这种主动式制冷技术的弊端在于耗电量大。在以火力发电为主的能源模式下,高用电量意味着高二氧化碳排放量。二氧化碳是引起全球变暖和热岛效应的主要温室气体之一,对全球的气候、环境、经济造成重要威胁。因此,开发零能耗、零排放的新型制冷技术显得尤为迫切和重要。

2、与主动式制冷技术相比,被动式制冷技术可在无电力输入的条件下实现制冷,但其制冷功率低的缺点限制了该技术的应用。其中,日间辐射制冷作为新型的被动式制冷技术可在高强度的太阳辐射下实现制冷,但其制冷功率较低。与此同时,基于水凝胶平台的蒸发制冷技术虽然具有较高的制冷功率,但传统水凝胶易受太阳辐射红外热效应的影响,导致净制冷功率低。因此,将日间辐射制冷与蒸发制冷相耦合,互补优缺点,既可以降低太阳辐射对制冷功率的影响,又可以提高总制冷功率,有望改善日间被动式制冷功率低的缺点。

3、虽然先前已有专利实现了日间辐射制冷与蒸发制冷相耦合的技术,但是这种技术主要依托上层具有辐射制冷特性的聚合物与下层具有蒸发制冷特性的水凝胶通过粘附获得双层结构的制冷材料,其弊端在于:(1)在使用过程中,下层水凝胶的失水收缩特性会与上层聚合物在形状上无法匹配,最终破坏上层聚合物的结构或导致上层与下层的材料分离;(2)需要分别制备两种材料,增大了制备成本和工艺复杂程度;(3)水凝胶在蒸发过程中因冷源(纯水)的负债量有限,存在制冷不可持续的问题;(4)水凝胶吸水后由于溶胀削弱效应其机械特性大幅度下降,不利于实际应用。


技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题,本专利技术的目的是:提供一种制备成本低且可以通过辐射制冷与蒸发制冷协同效应进行降温的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法及其应用。

2、为了达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,包括以下步骤:

3、s1,将丙烯酰胺、二氧化锆、亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵与水进行混合,得到混合液;

4、s2,将混合液进行均质处理直至颗粒均匀分散,得到均匀的水凝胶前体物;

5、s3,将四甲基乙二胺作为催化剂添加到水凝胶前体物中并使用玻璃棒进行充分搅拌,然后注入模具中,在室温下进行聚合反应,得到微纳米复合水凝胶,把微纳米复合水凝胶剥离模具;

6、s4,将微纳米复合水凝胶浸泡在溴化锂溶液中,直至溶胀平衡,得到吸湿型微纳米复合制冷水凝胶。

7、本制备方法以丙烯酰胺为单体、亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、二氧化锆微纳米颗粒为光谱改性剂、过硫酸铵为引发剂、四甲基乙二胺作为催化剂,通过自由基聚合反应制备具有日间辐射制冷与蒸发制冷耦合效应的微纳米复合制冷水凝胶,通过调控单体与交联剂的摩尔比使其具有高度缠结结构,再将微纳米复合水凝胶浸泡在溴化锂溶液中,直至溶胀平衡,获得吸湿型微纳米复合制冷水凝胶。该水凝胶具有高太阳反射率、高大气窗口发射率、高大气捕水率,在吸水溶胀后仍具有强韧的机械特性,能在日间太阳辐射下有效地反射太阳光,通过辐射制冷与蒸发制冷协同效应对保鲜盒或药瓶进行降温,可以有效降低太阳辐射和环境温度对水果或生物制剂的影响。该水凝胶还可以在夜间高湿条件下捕获环境空气中的水分,为下一次蒸发制冷提供冷源补充,可实现水果或生物制剂可持续的非电力冷链运输。

8、作为一种优选,步骤s1中,丙烯酰胺与水的摩尔比为1:2-1:5,亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为10-5-10-3,过硫酸铵与丙烯酰胺的摩尔比为2.0×10-4-2.5×10-4。

9、作为一种优选,步骤s1中,二氧化锆的粒径为100-1000nm,添加量为20-60wt%。

10、作为一种优选,步骤s2中,均质处理采用超声波清洗机处理,功率为80-300w,时间为5min。

11、作为一种优选,步骤s3中,四甲基乙二胺与丙烯酰胺的摩尔比为1.0×10-3-3.0×10-3,室温为25-30℃,反应时间为5-10min。

12、作为一种优选,步骤s3中,模具设有若干凹槽,四甲基乙二胺和水凝胶前体物充分搅拌后注入凹槽中,凹槽的形状为正方形、圆形、圆柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱中的一种或多种。

13、作为一种优选,步骤s4中,溴化锂溶液的浓度为30-45wt%。

14、步骤s4中,溶胀平衡为水凝胶吸水直至质量不再变化。

15、步骤s4中,采用的水为纯水。

16、上述制备方法得到的吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的应用,用于水果或生物制剂非电力依托的冷链运输,将吸湿型微纳米复合制冷水凝胶粘附于装载水果或生物制剂的容器表面,吸湿型微纳米复合制冷水凝胶在日间制冷,在夜间捕水。

17、作为一种优选,采用防水胶水将吸湿型微纳米复合制冷水凝胶黏附于容器表面。

18、容器为圆柱体保鲜盒和正方体保鲜盒其中一种。

19、上述吸湿型微纳米复合制冷水凝胶适用于在日间高温低湿环境、夜间低温高湿环境下,日间高温低湿条件为环境温度25-40℃,环境相对湿度0-60%rh,夜间低温高湿条件为环境温度15-25℃,环境相对湿度60-100% rh。其原理是:在日间的高温低湿环境下,耦合蒸发制冷与日间辐射制冷技术进行降温,在夜间的低温高湿环境下,耦合环境水分捕集与日间辐射制冷技术进行冷源(纯水)补充,夜间捕集的水分可满足日间蒸发制冷的需求,实现日间制冷与夜间捕水可持续循环的被动式制冷。

20、总的说来,本专利技术具有如下优点:

21、(1)本专利技术的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶制备方法简单,无需有毒有害的有机溶剂,无需复杂的仪器设备,成本低,有望用于工业化生产。

22、(2)本专利技术的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶,具有一体式复合结构,无需分批制备两种不同材料来耦合日间辐射制冷与蒸发制冷技术。

23、(3)本专利技术的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶制备方法灵活,利用浇铸法可根据应用场景的需求,制备所需的形状与大小。

24、(4)本专利技术的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶,具有高度缠结结构,可在高含水率下仍具有强韧的机械特性,其结构不易被外力所破坏,可重复循环使用。

25、(5)本专利技术的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶可实现日间制冷与夜间捕水可持续循环的被动式制冷,无需额外输入电力,零排放。

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【技术保护点】

1.一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

2.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S1中,丙烯酰胺与水的摩尔比为1:2-1:5,亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为10-5-10-3,过硫酸铵与丙烯酰胺的摩尔比为2.0×10-4-2.5×10-4。

3.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S1中,二氧化锆的粒径为100-1000nm,添加量为20-60wt%。

4.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S2中,均质处理采用超声波清洗机处理,功率为80-300W,时间为5min。

5.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S3中,四甲基乙二胺与丙烯酰胺的摩尔比为1.0×10-3-3.0×10-3,室温为25-30℃,反应时间为5-10min。

6.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S3中,模具设有若干凹槽,四甲基乙二胺和水凝胶前体物充分搅拌后注入凹槽中,凹槽的形状为正方形、圆形、圆柱、四棱柱、六棱柱、八棱柱中的一种或多种。

7.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤S4中,溴化锂溶液的浓度为30-45wt%。

8.权利要求1~7任一项所述的制备方法得到的吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的应用,其特征在于:用于水果或生物制剂非电力依托的冷链运输,将吸湿型微纳米复合制冷水凝胶粘附于装载水果或生物制剂的容器表面,吸湿型微纳米复合制冷水凝胶在日间制冷,在夜间捕水。

9.按照权利要求8所述的吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的应用,其特征在于:

...

【技术特征摘要】

1.一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

2.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤s1中,丙烯酰胺与水的摩尔比为1:2-1:5,亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的摩尔比为10-5-10-3,过硫酸铵与丙烯酰胺的摩尔比为2.0×10-4-2.5×10-4。

3.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤s1中,二氧化锆的粒径为100-1000nm,添加量为20-60wt%。

4.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤s2中,均质处理采用超声波清洗机处理,功率为80-300w,时间为5min。

5.按照权利要求1所述的一种吸湿型微纳米复合制冷水凝胶的制备方法,其特征在于:步骤s3中,四甲基乙二胺与丙烯酰胺的摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙大文徐亮田由孙丽斌朱志伟
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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