本發(fā)明涉及相變材料制備，具體涉及一種鋼渣基多孔陶瓷復(fù)合相變材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、太陽能，風(fēng)能等新能源的能源輸出十分不穩(wěn)定。為保證全天不間斷的能源供給需要龐大的儲能系統(tǒng)對能源供給進(jìn)行調(diào)配。電能儲能成本昂貴，水能蓄能容易收到地域影響。潛熱儲存具有成本低，儲能密度高，相變溫度恒定，不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，在熱能儲存技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，相變材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低，易泄露，過冷度高等問題嚴(yán)重影響了其在熱能儲存中的應(yīng)用。將相變材料封裝在多孔載體中制備成形狀穩(wěn)定相變材料是解決上述問題的一個(gè)有效方法。常見的多孔載體有膨脹石墨，金屬有機(jī)框架，生物質(zhì)材料和多孔陶瓷等。其中多孔陶瓷具有耐高溫性能，耐腐蝕性能，孔隙率高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。

2、工業(yè)固體廢棄物如鋼渣中含有大量的金屬氧化物和二氧化硅，將其與高嶺土等材料混合可用于制備鋼渣基多孔陶瓷。聚氨酯泡沫具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)。采用犧牲模板法，以聚氨酯泡沫為模板，制備的鋼渣基多孔陶瓷具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)和硬度。此外，制備的鋼渣基多孔陶瓷具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，耐腐蝕和耐高溫性能，可以負(fù)載有機(jī)/無機(jī)，高溫/低溫等多種相變材料等。工業(yè)固體廢棄物在我國年產(chǎn)量巨大，其大量積累會(huì)占用大量土地資源并危害生態(tài)環(huán)境安全。將工業(yè)固體廢棄物應(yīng)用于熱能儲存中可以有效提高固廢的資源化利用率，減少其對環(huán)境造成的危害。

3、中國發(fā)明專利cn202211273446.2公開了一種陶瓷基熔鹽復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法，該工藝中的主要是利用揮發(fā)份進(jìn)行造孔，制備的多孔陶瓷孔隙率低，對相變材料的負(fù)載率有限，制備的復(fù)合相變的潛熱值有限。中國發(fā)明專利申請cn202410672869.4公開了一種復(fù)合相變材料、相變調(diào)溫輕質(zhì)陶瓷磚及其制備方法。該工藝中的主要是利用碳酸鈉和/或碳酸氫鈉為造孔劑，孔隙率較低。在本發(fā)明中采用了多種造孔技術(shù)，除了利用鋼渣中的揮發(fā)分進(jìn)行造孔外，還采用了發(fā)泡劑成孔法和犧牲模板法。以聚氨酯泡沫等多孔材料為模板，可以獲得三維多孔陶瓷。發(fā)泡劑又可以使三維多孔陶瓷的骨架上進(jìn)一步生成均勻孔隙。多種造孔技術(shù)結(jié)合制備的鋼渣基多孔陶瓷具備更加豐富的孔隙結(jié)構(gòu)。在犧牲模板法中，本發(fā)明采用了部分填充策略，相對于常規(guī)的完全填充策略，可以進(jìn)一步提高多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)和對相變材料的負(fù)載率。

4、中國發(fā)明專利申請cn202410672869.4公開了一種復(fù)合相變材料、相變調(diào)溫輕質(zhì)陶瓷磚及其制備方法。該制備工藝中原材料主要以天然礦石為主。中國發(fā)明專利cn202211273446.2公開了一種陶瓷基熔鹽復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法，該工藝中采用鋼渣和富鋁硅灰為原材料制備了多孔陶瓷，促進(jìn)了工業(yè)固體廢棄物的資源化利用。在本發(fā)明中，以工業(yè)固體廢棄物為原材料制備多孔陶瓷，以廢棄木漿海綿和廢棄聚氨酯海綿為模板制備了鋼渣基多孔陶瓷，并進(jìn)一步制備了鋼渣基多孔陶瓷復(fù)合相變材料。本發(fā)明同時(shí)促進(jìn)了工業(yè)固體廢棄物，生物質(zhì)廢棄物和塑料廢棄物的資源化利用，減少了對天然礦石資源依賴，有助于環(huán)境保護(hù)和減少碳排放。

5、鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備復(fù)合相變材料封裝成本高，容易發(fā)生腐蝕和泄漏等問題和緩解工業(yè)固體廢棄物，生物質(zhì)廢棄物和塑料廢棄物資源化利用率低的問題，提供了一種鋼渣基多孔陶瓷復(fù)合相變材料及其制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種鋼渣基多孔陶瓷復(fù)合相變材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1，將聚氨酯泡沫分別放入氫氧化鈉和羧甲基纖維素鈉溶液中浸泡，然后沖洗并干燥得到處理后的聚氨酯泡沫；

4、s2，將鋼渣，高嶺土，硼酸，十二烷基磺酸鈉和氧化鋁粉末按比例混合，然后加水，磁力攪拌得到泥漿；

5、s3，將步驟s1中得到的處理后的聚氨酯泡沫浸泡于泥漿中，抽真空將泥漿完全吸附到聚氨酯泡沫中；

6、s4，用勺子刮去經(jīng)過步驟s3處理后的聚氨酯泡沫表面多余的泥漿，然后陳化，陳化之后干燥，得到吸附滿泥漿的聚氨酯泡沫；

7、s5，將步驟s4中吸附完泥漿的聚氨酯泡沫放入馬弗爐中燒結(jié)得到鋼渣基多孔陶瓷；

8、s6，將步驟s5中得到的鋼渣基多孔陶瓷真空吸附相變材料得到鋼渣基復(fù)合相變材料。

9、所述步驟s1中，氫氧化鈉濃度在0.5～2mol/l，浸泡時(shí)間在1～6h，羧甲基纖維素鈉的濃度為0.5～2％wt，浸泡時(shí)間為1h。

10、所述步驟s1中，聚氨酯泡沫的孔隙率范圍是30～60ppi，聚氨酯泡沫可以替換為木漿海綿、絲瓜絡(luò)。

11、所述步驟s2中，鋼渣、高嶺土、硼酸、十二烷基磺酸鈉、氧化鋁粉末和水的質(zhì)量如下：鋼渣2.8～3.2g，高嶺土2.3～3.2g，硼酸0.8g，十二烷基磺酸鈉0.15～0.75g，氧化鋁0～0.3g，水4.0～5.0g，高嶺土和鋼渣可替換為粉煤灰、煤矸石、赤泥、稻殼碳或稻殼灰。

12、所述步驟s2中，磁力攪拌時(shí)間為30min。

13、所述步驟s3中，真空干燥箱的真空度為-0.1～-0.05mpa，真空吸附時(shí)間為10～60min。

14、所述步驟s4中，泥漿陳化時(shí)間為24～48h，干燥溫度為80～110℃，干燥時(shí)間為10～24h。

15、所述步驟s5中，馬弗爐燒結(jié)溫度為700～1000℃，燒結(jié)時(shí)間為1～2h。

16、所述步驟s6中，相變材料為石蠟、十水合硫酸鈉、硝酸鈉、氯化鈉中的任意一種或多種共晶混合物。

17、本發(fā)明還公開了采用上述制備方法制得的鋼渣基多孔陶瓷復(fù)合相變材料。

18、本發(fā)明的關(guān)鍵在于以鋼渣，粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物為原材料，生物質(zhì)廢棄物和塑料廢棄物為模板，采用發(fā)泡劑成孔法和犧牲模板法，制備多孔陶瓷。并通過控制真空度調(diào)節(jié)泥漿在多孔模板中的填充程度，改善多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高多孔陶瓷對石蠟的高吸附率。多孔模板為陶瓷提供了一個(gè)三維多孔結(jié)構(gòu)。發(fā)泡劑在多孔陶瓷骨架上進(jìn)一步開孔，提高了多孔陶瓷的孔隙率。低真空度下的泥漿部分填充進(jìn)一步提高多孔陶瓷的孔容積。最后以多孔陶瓷為載體制備了具有良好熱性能和熱循環(huán)性能的固廢基多孔陶瓷復(fù)合相變材料。

19、與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于：

20、1、本發(fā)明制備的鋼渣基多孔陶瓷具有高孔隙率、高硬度和優(yōu)異的穩(wěn)定性。以鋼渣、粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物作為原材料，減少對天然礦石材料的依賴，并且促進(jìn)工業(yè)固體廢棄物的資源化利用。此外，還以木漿海綿和聚氨酯泡沫為模板，促進(jìn)了生物質(zhì)廢棄物和塑料廢棄物的資源化利用。廢棄物的資源化利用減少了其可能對環(huán)境造成的危害；

21、2、采用發(fā)泡劑成孔法加犧牲模板法，并結(jié)合鋼渣中本身具有的揮發(fā)分造成孔，制備的鋼渣基多孔陶瓷具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，對相變材料具有高負(fù)載率。其對石蠟的負(fù)載率可以達(dá)到50％以上。此外，犧牲模板法制備多孔陶瓷過程中，采用真空吸附浸漬簡化泥漿浸漬流程，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。通過控制真空度，調(diào)節(jié)泥漿在多孔模板中的填充率，提高鋼渣基多孔陶瓷的孔隙率，提高了多孔陶瓷對相變材料的吸附率；

22、3、鋼渣基陶瓷和相變材料具有良好的化學(xué)相容性。鋼渣基多孔陶瓷內(nèi)部豐富的孔隙結(jié)構(gòu)可以負(fù)載大量相變材料，并有效防止相變材料融化后發(fā)生泄漏，提高相變材料在應(yīng)用過程中的安全性和耐用性。故，以鋼渣基陶瓷為載體制備的復(fù)合相變材料具有良好的熱性能和熱循環(huán)性能。同時(shí)，鋼渣多孔陶瓷作為載體相對于其他碳基材料和金屬材料具有顯著的成本優(yōu)勢。碳基材料不適合在高溫下使用，金屬材料熔鹽被無機(jī)相變材料腐蝕。鋼渣基多孔陶瓷具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕性能，可以負(fù)載多種相變材料。