一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，屬于蓄熱材料制備領(lǐng)域。該方法將多種礦土原料共混，經(jīng)菜汁發(fā)酵，微生物改性后制坯，燒結(jié)后負(fù)載光合細(xì)菌，凍干即得蓄熱基體材料。本發(fā)明通過多種礦土共混彌補(bǔ)單一陶瓷基材料抗熱震性差的缺陷，經(jīng)菜汁微生物對(duì)礦土表面改性和碳酸鈣共同拓寬其孔徑，增加礦土負(fù)載量，再通過添加納米二氧化鈦制坯燒結(jié)后，負(fù)載光合細(xì)菌通過阿拉伯膠包覆來提高基體材料的光能利用率，又解決了傳統(tǒng)陶瓷基蓄熱材料孔隙率低導(dǎo)致負(fù)載量少并且光能利用率低，使其蓄熱供能效率偏低的問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，屬于蓄熱材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)代社會(huì)的快速發(fā)展消耗了大量能源，然而伴隨著化石燃料的枯竭，能源的缺乏成為了制約人類生存和發(fā)展的一大瓶頸，開發(fā)和利用新能源迫在眉睫。太陽能、風(fēng)能、氫能作為重要的新能源，具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，而太陽能發(fā)電作為一種清潔無污染的能源利用方式，已經(jīng)引起了全世界科研工作者的廣泛關(guān)注。
[0003]太陽能發(fā)電的方式主要包括兩種，即太陽能熱發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電。太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性限制了光伏發(fā)電的應(yīng)用，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)針對(duì)太陽能間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)專門設(shè)計(jì)了蓄熱子系統(tǒng)，可以在光照正常時(shí)將熱量儲(chǔ)存起來，在夜間或光照不足時(shí)保證熱量供給，通過熱、功、電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，繼續(xù)帶動(dòng)汽輪機(jī)正常發(fā)電，保證電站連續(xù)、穩(wěn)定工作。在太陽能熱發(fā)電中使用高效的蓄熱材料，可以提高太陽能的利用率，降低使用成本，對(duì)于太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有重要意義。
[0004]蓄熱材料需具備以下要求:耐高溫。蓄熱式熱交換器的優(yōu)點(diǎn)之一，在于能夠克服常規(guī)金屬換熱器不能高溫下長期工作的弱點(diǎn)。要求蓄熱介質(zhì)的蓄熱材料須耐高溫。良好的導(dǎo)熱性。要求作為蓄熱載體的材料必須具有良好的導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱性能越好，其體積利用率越高，蓄熱設(shè)備的體積及用材可以減少到最少，而且基體材料的抗熱震性能越好。越有利于設(shè)備的微型化，對(duì)設(shè)備的布置安裝越有利。高的抗熱震性。作為蓄熱載體，始終處于加熱和冷卻交替循環(huán)的工作狀態(tài)。由于長期處于急冷急熱的工作環(huán)境，經(jīng)常承受著因內(nèi)外溫差變化而引起的應(yīng)力作用，易引起材料破裂甚至粉碎，造成熱交換器氣流通道阻塞，因此對(duì)材料的抗熱震穩(wěn)定性提出了較高的要求。
[0005]目前常見的陶瓷基蓄熱載體材料由于成份單一，其抗熱震性能差，孔隙率低導(dǎo)致負(fù)載量少并且光能利用率低，使其蓄熱供能效率偏低，因此研究發(fā)明一種高效蓄熱供能的蓄熱載體材料具有極佳的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前常見的陶瓷基蓄熱載體材料由于成份單一，其抗熱震性能差，孔隙率低導(dǎo)致負(fù)載量少并且光能利用率低，使其蓄熱供能效率偏低的缺陷，提供了一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，該方法將多種礦土原料共混，經(jīng)菜汁發(fā)酵，微生物改性后制坯，燒結(jié)后負(fù)載光合細(xì)菌，凍干即得蓄熱基體材料。本發(fā)明通過多種礦土共混彌補(bǔ)單一陶瓷基材料抗熱震性差的缺陷，經(jīng)菜汁微生物對(duì)礦土表面改性和碳酸鈣共同拓寬其孔徑，增加礦土負(fù)載量，再通過添加納米二氧化鈦制坯燒結(jié)后，負(fù)載光合細(xì)菌通過阿拉伯膠包覆來提高基體材料的光能利用率，解決了傳統(tǒng)陶瓷基蓄熱材料孔隙率低導(dǎo)致負(fù)載量少并且光能利用率低，使其蓄熱供能效率偏低的問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: (1)稱取170?180g高嶺土、200?300g鉀長石、250?300g水滑石、150?200g赤泥和30?40g石英石混合均勻后放入剛玉研缽中研磨I?2h后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積15?20倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末；
(2)再稱取50?60g莫來石、70?90g沙漠砂和20?40g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在30?40°C的溫室中保溫發(fā)酵7?9天；
(3)待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量3?5%的納米二氧化鈦粉末和10?15%碳酸I丐，用混料機(jī)混合攪拌15?20min后注入直徑為5?8cm，厚2?3cm，孔徑為3?5mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以3?5MPa的壓力保壓壓制10?20min;
(4)壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至500?600°C保溫30?40min后再以10°C/min速率升溫至1000?1060°C繼續(xù)燒結(jié)I?3h后待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用；
(5)稱取10?15g蛋白胨、3?5g牛肉膏、5?7g氯化鈉、3?6g麥芽浸膏倒入1000?1200mL去離子水中混合均勻后的液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.0?8.0，在30?37°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)2?3天，用超聲分散儀以200?300W功率超聲分散15?25min后得到菌懸液；
(6)按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合I?2h后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-30?-25°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
[0008]本發(fā)明的物理性質(zhì):本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料孔隙率為25.0?30.0%，吸水率為10.2?11.0%，體積密度為2.lOg/cm3，抗折強(qiáng)度為77?80MPa，熱震性能在400?800 °C下熱震30次不開裂，熱震30次后的強(qiáng)度仍可達(dá)58?60MPa。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料原料易得，制備過程簡單易操作，制備成本低廉；
(2)本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料抗熱震性能優(yōu)異，在400?800°C下熱震30次不開裂；
(3)本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料孔隙率高，負(fù)載量大，具有極佳的使用效果。
【具體實(shí)施方式】
[0010]稱取170?180g高嶺土、200?300g鉀長石、250?300g水滑石、150?200g赤泥和30?40g石英石混合均勻后放入剛玉研缽中研磨I?2h后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積15?20倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末;再稱取50?60g莫來石、70?90g沙漠砂和20?40g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在30?40 °C的溫室中保溫發(fā)酵7?9天;待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量3?5%的納米二氧化鈦粉末和10?15%碳酸媽，用混料機(jī)混合攪拌15?20min后注入直徑為5?8cm，厚2?3cm，孔徑為3?5mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以3?5MPa的壓力保壓壓制1?20min;壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至500?600°C保溫30?40min后再以KTC/min速率升溫至1000?1060°C繼續(xù)燒結(jié)I?3h后待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用;稱取10?15g蛋白胨、3?5g牛肉膏、5?7g氯化鈉、3?6g麥芽浸膏倒入1000?1200mL去離子水中混合均勻后的液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.0?8.0，在30?37°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)2?3天，用超聲分散儀以200?300W功率超聲分散15?25min后得到菌懸液;按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合I?2h后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-30?-25°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
[0011]實(shí)例I
稱取170g高嶺土、200g鉀長石、250g水滑石、150g赤泥和30g石英石混合均勾后放入剛玉研缽中研磨Ih后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積15倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末;再稱取50g莫來石、70g沙漠砂和20g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在30°C的溫室中保溫發(fā)酵7天;待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量3%的納米二氧化鈦粉末和10%碳酸鈣，用混料機(jī)混合攪拌15min后注入直徑為5cm，厚2cm，孔徑為3mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以3MPa的壓力保壓壓制1min;壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至500°C保溫30min后再以10°C/min速率升溫至1000°C繼續(xù)燒結(jié)Ih后待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用;稱取1g蛋白胨、3g牛肉膏、5g氯化鈉、3g麥芽浸膏倒入100mL去離子水中混合均勻后的液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.0，在30°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)2天，用超聲分散儀以200W功率超聲分散15min后得到菌懸液;按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合Ih后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-30°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
[0012]本發(fā)明的物理性質(zhì):本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料孔隙率為25.0%，吸水率為10.2%，體積密度為2.10g/cm3，抗折強(qiáng)度為77MPa，熱震性能在400 V下熱震30次不開裂，熱震30次后的強(qiáng)度仍可達(dá)58MPa。
[0013]實(shí)例2
稱取175g高嶺土、250g鉀長石、280g水滑石、180g赤泥和35g石英石混合均勾后放入剛玉研缽中研磨2h后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積18倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末;再稱取55g莫來石、SOg沙漠砂和30g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在35°C的溫室中保溫發(fā)酵8天;待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量4%的納米二氧化鈦粉末和13%碳酸鈣，用混料機(jī)混合攪拌ISmin后注入直徑為7cm，厚2cm，孔徑為4mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以4MPa的壓力保壓壓制15min;壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至550°C保溫35min后再以10°C/min速率升溫至1030°C繼續(xù)燒結(jié)2h后待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用;稱取13g蛋白胨、4g牛肉膏、6g氯化鈉、4g麥芽浸膏倒入IlOOmL去離子水中混合均勻后的液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為
0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.5，在34°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)2天，用超聲分散儀以250W功率超聲分散20min后得到菌懸液;按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合2h后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-28°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
[0014]本發(fā)明的物理性質(zhì):本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料孔隙率為28.0%，吸水率為10.5%，體積密度為2.10g/cm3，抗折強(qiáng)度為79MPa，熱震性能在600°C下熱震30次不開裂，熱震30次后的強(qiáng)度仍可達(dá)59MPa。
[0015]實(shí)例3
稱取180g高嶺土、300g鉀長石、300g水滑石、200g赤泥和40g石英石混合均勾后放入剛玉研缽中研磨2h后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積20倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末;再稱取60g莫來石、90g沙漠砂和40g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在40°C的溫室中保溫發(fā)酵9天;待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量5%的納米二氧化鈦粉末和15%碳酸鈣，用混料機(jī)混合攪拌20min后注入直徑為8cm，厚3cm，孔徑為5mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以5MPa的壓力保壓壓制20min;壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至600°C保溫40min后再以10°C/min速率升溫至1060°C繼續(xù)燒結(jié)3h后待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用;稱取15g蛋白胨、5g牛肉膏、7g氯化鈉、6g麥芽浸膏倒入1200mL去離子水中混合均勾后的液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為
0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至8.0，在30?37°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)3天，用超聲分散儀以300W功率超聲分散25min后得到菌懸液;按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合2h后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-25°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
[0016]本發(fā)明的物理性質(zhì):本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料孔隙率為30.0%，吸水率為11.0%，體積密度為2.10g/cm3，抗折強(qiáng)度為80MPa，熱震性能在800°C下熱震30次不開裂，熱震30次后的強(qiáng)度仍可達(dá)60MPa。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取170?180g高嶺土、200?300g鉀長石、250?300g水滑石、150?200g赤泥和30?40g石英石混合均勻后放入剛玉研缽中研磨I?2h后再移入球磨機(jī)中，向球磨罐中加入混合物料總體積15?20倍的氧化鋯球磨珠，機(jī)械球磨過夜，將球磨后的產(chǎn)物過250目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到混合粉末； (2)再稱取50?60g莫來石、70?90g沙漠砂和20?40g堇青石一起放入氣流粉碎機(jī)粉碎后過100目不銹鋼篩，將過篩后的產(chǎn)物和上述得到的混合粉末一起裝入陶瓷發(fā)酵罐中作為改性底物，再向罐中加入底物等質(zhì)量的廢棄菜汁，用攪拌棒攪拌均勻后將發(fā)酵罐放置在30?40°C的溫室中保溫發(fā)酵7?9天； (3)待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵物并加入其質(zhì)量3?5%的納米二氧化鈦粉末和10?15%碳酸I丐，用混料機(jī)混合攪拌15?20min后注入直徑為5?8cm，厚2?3cm，孔徑為3?5mm的圓形蜂窩狀模具中，用液壓機(jī)以3?5MPa的壓力保壓壓制10?20min; (4)壓制結(jié)束后移入高溫?zé)Y(jié)爐中，先以5°C/min速率升溫至500?600°C保溫30?40min后再以10°C/min速率升溫至1000?1060°C繼續(xù)燒結(jié)I?3h，待其冷卻至室溫，拆模得蓄熱基體粗品，備用； (5)稱取10?15g蛋白胨、3?5g牛肉膏、5?7g氯化鈉、3?6g麥芽浸膏倒入1000?1200mL去離子水中混合均勻后得液體培養(yǎng)基，按接種量為10%將菌種號(hào)為NS08沼澤紅假單胞菌接入上述液體培養(yǎng)基中，用濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7.0?8.0，在30?37°C恒溫箱中保溫培養(yǎng)2?3天，用超聲分散儀以200?300W功率超聲分散15?25min后得到菌懸液； (6)按固液比為1:5將備用的蓄熱基體粗品浸入上述菌懸液中，再依次加入蓄熱基體粗品等質(zhì)量的阿拉伯膠和其質(zhì)量1/3的明膠，放置在搖床上振蕩混合I?2h后過濾分離得到濾渣，用真空凍干機(jī)在-30?-25°C下凍干，即得復(fù)合陶瓷蓄熱基體材料。
【文檔編號(hào)】C04B38/02GK106083175SQ201610484277
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】郭迎慶, 林茂平
【申請(qǐng)人】郭迎慶