埃洛石/石蜡复合相变材料的制备及性能研究

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相变材料(PCM)通过在相变过程中吸收、释放潜热来使储能系统增加效益,近年来引起广泛的关注。PCM包括固-固PCM,固-液PCM,固-气PCM和液-气PCM,它们通常被称为潜热储存材料,其可以通过在相变过程来吸收,储存和释放大量的热能。目前,PCM已经被广泛地研究并且成功地用于实际生活中,例如太阳能系统,节能建筑物,家用太阳能热水系统,环境敏感织物,冷凝废热回收。相变材料不仅具有较低的蒸气压和体积变化,而且拥有高能量存储密度,在储能到恢复过程中仅有微小的温度变化。然而,常规相变材料的低导热性会降低其能量存储效率,并严重限制其在实际工程中的应用。封装PCM可以大大增加热传递效率,扩大热传递面积,减少PCM与外界环境的反应和相变过程中材料体积的变化。埃洛石是一种天然纳米材料,使用埃洛石封装相变材料可以增强相变材料的导热性,生物质多孔碳材料是一种良好的载体,可以进一步增强相变材料的热稳定性。本文对埃洛石和生物质多孔碳对相变材料性能的影响进行了研究,主要内容如下:  (1)生物质多孔碳载体的制备与性能研究  生物质多孔碳PAC、BAC、LAC是利用松树木屑、香蕉皮、松针作为碳的前驱体模型,在熔盐存在过程中产生不同孔结构的碳,其中比表面积高达1624.8m2/g(PAC)。三种多孔碳通过SEM、TEM、XRD、TG-DSC、FT-IR和BET表征可得,所有的多孔碳均为无定型碳并且表面具有多种含氧官能团。因此,本文主要通过熔盐法将生物质合成为具有高吸附性的多孔碳,作为PCM的吸附载体。  (2)HNTs/P、PAC/HNTs/P的制备与性能研究  HNTs/P复合相变材料以石蜡和埃洛石为原料,通过冷凝回流的方法制备所得。埃洛石和石蜡通过物理吸附充分混合,复合相变材料的导热系数比纯石蜡0.27 W/(mK)提高到0.51 W/(mK),相变温度和相变焓分别为55.3℃和79.7 J/g,另外为了进一步提高复合相变材料的热稳定性,在复合相变材料中添加了生物质多孔碳制备了PAC/HNTs/P,导热系数比纯石蜡提高到0.34 W/(mK),相变温度和相变焓为57.7℃和30.8 J/g,PAC的添加完全防止了石蜡的泄漏增强了相变材料的机械性能,使其在80℃也能保持相对形状不变。  (3)Ag-Paraffin@HNTs的制备与性能研究  Ag-Paraffin@HNTs是通过石蜡微球负载银金属,并以此提高石蜡的导热系数。本文以多巴胺(PDA)改性石蜡微球,利用PDA黏附性来负载银金属。银金属不但用来提高微胶囊的导热性能,而且可以催化4-NP降解。石蜡微胶囊经过负载银后,导热系数从0.274 W/(mK)增加到0.306 W/(mK),并且经过储能后对4-NP的转化率从71.12%增加到95.32%,由此表明Ag-Paraffin@HNTs微胶囊既可以应用于储热系统储存热能,还可以作为催化剂降解废水中有毒物质等,其在环境污染治理以及高级储热系统中有比较广阔的研究前景。
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