聚乙二醇／二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种聚乙二醇／二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法及其产品，包括下述步骤：将工作物质聚乙二醇按０．２－１．０ｇ／ｍｌ溶解于水中，得到聚乙二醇水溶液；将多晶硅副产物ＳｉＣｌ４滴加到所得的聚乙二醇水溶液中，发生水解和溶胶－凝胶反应形成三维网络结构的凝胶；将得到的凝胶干燥制成粉体经除水和氯化氢，在氮气保护下，８０℃温度下，按占所述粉体的０．１－１．５％重量滴加使其表面疏水改性的改性剂进行表面改性得到聚乙二醇／二氧化硅复合定形相变储能材料。本发明专利技术以多晶硅生产副产物ＳｉＣｌ４为硅源，既可变废为宝，又可降低产品的生产成本，有利于ＳｉＯ２定形相变储能材料的工业化生产和广泛的推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能储能材料，尤其是聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料制 造领域。
技术介绍
用改良西门子生产多晶硅过程中，会产生大量的副产物-四氯化硅，每生产1公斤 多晶硅就要产生10-15公斤四氯化硅。而四氯化硅是一种有毒有害具有强腐蚀性的液体， 若不回收利用，对环境和人体安全危害极大。据统计，我国已建和在建的多晶硅厂家有40 余家，四氯化硅的综合利用已成为制约我国多晶硅可持续发展的技术瓶颈。目前，四氯化硅 的综合利用主要有两个方向一是将还原尾气中的四氯化硅通过高温或低温氢化将其转化 为多晶硅的原料-三氯氢硅，再返回多晶硅生产系统直接生产多晶硅，但只能利用一部分。 二是用四氯化硅生产其他化工产品，如白炭黑、硅酸乙酯和有机硅产品等，但由于成本和市 场问题，也无法消化多晶硅生产所产生的大量的四氯化硅。因此，寻求一种成本低、能耗低 和市场前景广阔的四氯化硅综合利用技术已势在必行。相变储能技术作为一种新的节能减 排方式，已成为科学界和产业界关注的焦点。相变储能材料利用物质在相变过程中吸收能 量和释放能量的特点，实现能量的存储与利用，缓解能量在空间和时间上的供需矛盾，达到 提高能源使用效率的目的。因此在当今能源和环境问题日益严重的社会中，相变储能材料 在建筑节能、太阳能利用、余热回收和电力移峰填谷等领域具有重要价值，在能源、材料、航 空航天、纺织、电力和建筑等众多领域中倍受关注。按照相变过程物质形态的不同，相变储能物质可分为固-液、固-气、液-气、 固_固四种。固-气和液-气相变储能物质由于相变前后体积变化大，使用时要有很多的 复杂装置，因此在实际工程应用中较少使用，而固-固相变储能物质通常储能密度太小，可 适用的体系少，在实际应用中也较少使用。固-液相变储能材料储能密度大、相变前后体积 变化小，且近似恒温，在实际工程应用中具有广阔的应用前景，然而其相变后的流动性和腐 蚀性是其使用过程中的突出问题。目前解决固_液相变储能材料相变后流动性和腐蚀性 问题的技术方法主要有胶囊化和定形化，即将相变储能材料嵌入到具有三维网络结构、层 状结构或多孔结构的化合物中。Si02作为一种价廉且比表面积大的多孔物质，被广泛用于 固-液相变储能物质的定形改性，Si02定形相变储能材料的制备方法，主要有两种，一是真 空压入法，即采用抽真空减压使多孔材料脱吸附，相变后的相变储能物质在空气压的作用 下压入多空材料的孔洞结构中；二是溶胶-凝胶法，即将相变储能物质溶解或分散在水中， 通过溶胶-凝胶法的方法对相变储能物质进行定形改性。真空压入法主要通过多孔结构的 “毛细”物理吸附作用对相变储能物质进行密封，而溶胶-凝胶是通过多孔结构的“毛细”物 理吸附、聚合物网络结构的网络限域、甚至键合作用对相变储能物质进行密封。因此，与真 空压入法相比，溶胶-凝胶法制备Si02定形相变储能材料的密封效率更高，密封性能更好。目前已公开的溶胶_凝胶法制备Si02定形相变储能材料的硅源主要是水玻璃和有机硅化合物，制备过程往往需要添加促进剂，由于是吸热反应，还需附加热源，不仅原料 成本较高，而且生产周期较长，生产工艺较复杂，生产成本也较高，不利于Si02定形相变储 能材料的工业化生产，大大限制了 Si02定形相变储能材料的工程应用。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上缺点，本专利技术的目的是克服现有技术的不足，研究一种以多 晶硅副产物四氯化硅为硅源的聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料及其制备方法， 并摸索四氯化硅为硅源合理的工艺方案，使之既可变废为宝，又可降低产品的生产成本，有 利于Si02定形相变储能材料的工业化生产和广泛的推广应用。本专利技术的目的是通过如下的手段实现的。聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法，包括下述步骤(1)取数均分子量为600-20000的聚乙二醇或数均分子量为600-20000的聚乙 二醇中的两种聚乙二醇按0. 5-1/1混合得到工作物质聚乙二醇，将工作物质聚乙二醇按 0. 2-1. Og/ml溶解于水中，得到聚乙二醇水溶液；(2)将多晶硅副产物SiCl4滴加到步骤(1)所得的聚乙二醇水溶液中，发生水解和 溶胶_凝胶反应形成三维网络结构的凝胶；(3)将步骤(2)得到的凝胶干燥，捣碎，制成粉体；(4)将步骤(3)得到的粉体除水和氯化氢，在氮气保护下，80°C温度下，按占所述 粉体的0. 1-1. 5%重量滴加使其表面疏水改性的改性剂，表面改性3h后，降温、停止搅拌、 回流和通氮气，得到聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料。本专利技术的目的还在于，获得一种聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料，使 所得材料中聚乙二醇更加牢固地嵌入到二氧化硅的网状多孔结构中。所述储能材料由载体基质和工作物质构成，载体基质为二氧化硅凝胶，占复合定 形相变储能材料总质量的15-60% ；工作物质为聚乙二醇或聚乙二醇混合物，占复合定形相 变储能材料总质量的40-85%。采用本专利技术的方法，以多晶硅生产副产物SiCl4为硅源，既可变废为宝，又可降低 产品的生产成本，有利于Si02定形相变储能材料的工业化生产和广泛的推广应用。本专利技术的产品具有高比表面积、多微孔结构的网状结构二氧化硅。通过微孔结构 的毛细吸附作用、网络结构的网络限域、键合作用以及二氧化硅表面的硅羟基(Si-OH)与 聚乙二醇端羟基(CH2-0H)间的氢键作用，牢牢的将聚乙二醇嵌入到二氧化硅的网状多孔结 构中。当发生固-液相转变时，聚乙二醇液体不会从二氧化硅骨架中渗漏出来。改性后的 粉体可采用压片机制得形状不同的聚乙二醇/二氧化硅复合定形相变储能材料块体。附图说明图1为聚乙二醇和聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料的DSC曲线(实施 例1)；图2为聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料的TG曲线(实施例1)；图3为聚乙二醇/ 二氧化硅复合定形相变储能材料的扫描电镜图(实施例1)。图4为本专利技术各实施例的配比和用料表。 具体实施例方式本专利技术工作物质是数均分子量为600-20000的聚乙二醇或数均分子量在 600-20000范围的不同数均分子量的两种聚乙二醇按0. 5-1/1得到的混合物，优选数均分 子量为 600、800、1000、1500、2000、3000、4000 及 6000 的聚乙二醇，即 PEG-600、PEG-800、 PEG-1000、PEG-1500、PEG-2000、PEG-3000、PEG-4000 和 PEG-6000。本专利技术的工作原理如下通过多晶硅生产副产物SiCl4的水解产生HC1和硅酸，硅 酸在HC1催化下极易发生聚合发生溶胶-凝胶反应，得到高比表面积、多微孔结构的网状结 构二氧化硅。通过微孔结构的毛细吸附作用、网络结构的网络限域、键合作用以及二氧化硅 表面的硅羟基(Si-OH)与聚乙二醇端羟基(CH2-0H)间的氢键作用，牢牢的将聚乙二醇嵌入 到二氧化硅的网状多孔结构中。当发生固-液相转变时，聚乙二醇液体不会从二氧化硅骨 架中渗漏出来。由于聚乙二醇/ 二氧化硅粉体表面残存有硅羟基，对空气中的水份较敏感， 水分易吸附在粉体表面，因此，需要加入硅烷偶联剂或环氧树脂及其固化剂对其进行表面 改性。实施例1步骤(1)室温下，将12. 0gPEG-6000溶解于15本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙二醇／二氧化硅复合定形相变储能材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：　　（１）取数均分子量为６００－２００００的聚乙二醇或数均分子量为６００－２００００的聚乙二醇中的两种聚乙二醇按０．５－１／１混合得到工作物质聚乙二醇，将工作物质聚乙二醇按０．２－１．０ｇ／ｍｌ溶解于水中，得到聚乙二醇水溶液；　　（２）将多晶硅副产物ＳｉＣｌ↓［４］滴加到步骤（１）所得的聚乙二醇水溶液中，发生水解和溶胶－凝胶反应形成三维网络结构的凝胶；　　（３）将步骤（２）得到的凝胶干燥，捣碎，制成粉体；　　（４）将步骤（３）得到的粉体除水和氯化氢，在氮气保护下，８０℃温度下，按占所述粉体的０．１－１．５％重量滴加使其表面疏水改性的改性剂，表面改性３ｈ后，降温、停止搅拌、回流和通氮气，得到聚乙二醇／二氧化硅复合定形相变储能材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵乘寿，田世富，陈俊敏，冯德志，
申请(专利权)人：西南交通大学，四川永祥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]