專利名稱：用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能傳熱技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種石墨烯離子液體納米流體的制備方法，具體涉及ー種用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能的熱利用作為太陽能資源開發(fā)利用的重要組成部分，已成為世界各國可能源持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。它主要分為100°c以下的低溫?zé)崂煤?00°C以上的中、高溫?zé)崂?。中高溫太陽能熱利用系統(tǒng)主要包括集熱、儲熱、換熱、動力、發(fā)電等子系統(tǒng)。目前，集熱、傳熱流體主要是采用導(dǎo)熱油和熔融鹽。導(dǎo)熱油的缺點(diǎn)是存在高溫不穩(wěn)定性，易分解碳化且導(dǎo)熱系數(shù)低；而熔融鹽的凝固點(diǎn)較高，一般大于120°C，使用過程中易 堵塞管道，需要額外增加一套加熱保護(hù)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)啟動與鹽的化融過程，増加了系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本，并帶來維護(hù)困難等缺陷。離子液體是ー類由特定的有機(jī)陽離子與無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的在室溫或近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的熔鹽體系。與上述傳熱流體相比，離子液體不僅具有熔點(diǎn)低、液程寬、幾乎不揮發(fā)、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，還具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，可以依據(jù)需要通過改變陰陽離子結(jié)構(gòu)來調(diào)控性能。而且，由于離子液體具有密度高、熱容及儲能密度大等優(yōu)點(diǎn)，是性能優(yōu)良的傳熱流體，其最高使用溫度可以達(dá)到500°C，特別是在太陽能中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，但傳統(tǒng)方法制備的基礎(chǔ)離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，傳熱系數(shù)小，限制了其進(jìn)ー步的應(yīng)用。通過將納米級的金屬粒子如金離子、氧化銅、氧化鋁和碳納米管添加到離子液體中，構(gòu)成的懸浮液納米流體，其導(dǎo)熱系數(shù)比基礎(chǔ)離子液體流體有明顯的提高?，F(xiàn)有離子液體納米流體中，通常需要添加表面活性劑來提高納米粒子的分散性能，也很少涉及在太陽能中高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法。本發(fā)明將石墨烯直接添加到離子液體中分散均勻，由于石墨烯具有ニ維納米結(jié)構(gòu)，擁有獨(dú)特的物理性質(zhì)及優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能，室溫條件下其導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/mK，不僅遠(yuǎn)高于Cu0、A1203等金屬和金屬氧化物材料，還高于軸向?qū)嵯禂?shù)達(dá)3000W/mK的碳納米管，因此在離子液體中添加石墨烯構(gòu)成的黑液，其集熱性能顯著提高，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)也有明顯的提高，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法，包括以下步驟將石墨烯加入離子液體中，進(jìn)行超聲分散，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即得到離子液體納米流體。本發(fā)明所述石墨烯在離子液體納米流體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001 O. 1%。
本發(fā)明所述超聲分散的過程為先用200 300W功率超聲3 4h，再用20 40W功率超聲2 4s，靜置2 6min ;所述超聲分散的次數(shù)為9(Tl30次。本發(fā)明所述離子液體的陽離子為咪唑類，包括[BM頂]+、[CnMIM] +、[CnBIM] +或[CnHIM], 2 ^ <η 彡 10，陰離子為[BF4]' [PF6]' [NTf2F 或[CF3 SO3]'本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1)本發(fā)明制備的離子液體納米流體的石墨烯添加量少、導(dǎo)熱系數(shù)高、集熱性能好、穩(wěn)定性好；
(2)本發(fā)明制備的離子液體納米流體中不添加表面活性剤，具有環(huán)境友好性；
(3)本發(fā)明的制備方法エ藝簡單、成本低廉，可以用于100°C以上太陽能中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，但本發(fā)明要求的保護(hù)范圍并不僅限于此。實(shí)施例I
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001%的要求，將石墨烯加入離子液體[C2MIM] CF3SO3中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散3h，然后再用20W功率超聲分散2s，靜置2min，重復(fù)90次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C2M頂]CF3SO3離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在ー個(gè)月以上。100°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C2MIM] CF3SO3離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高5. 1%。實(shí)施例2
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001%的要求，將石墨烯加入離子液體[C4MIM] CF3SO3中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散3h，然后再用20W功率超聲分散2s，靜置3min，重復(fù)100次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C4M頂]CF3SO3離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在ー個(gè)月以上。120°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C4MM] CF3SO3離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高5. 8%。實(shí)施例3
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 004%的要求，將石墨烯加入離子液體[C8MIM] CF3SO3中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用300W功率超聲分散4h，然后再用40W功率超聲分散4s，靜置4min，重復(fù)110次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C8M頂]CF3SO3離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在ー個(gè)月以上。140°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C8MM] CF3SO3離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高6. 9%。實(shí)施例4
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 004%的要求，將石墨烯加入離子液體[C3BIM]NTf2中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散4h，然后再用30W功率超聲分散2s，靜置2min，重復(fù)90次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C3BIM]NTf2離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在ー個(gè)月以上。160°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C3BnONTf2離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高7. 3%。實(shí)施例5
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 007%的要求，將石墨烯加入離子液體[C3HIMJNTf2中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用300W功率 超聲分散3h，然后再用40W功率超聲分散2s，靜置3min，重復(fù)100次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C3HM]NTf2離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。180°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C3HM] NTf2離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高8. 8%。實(shí)施例6
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 007%的要求，將石墨烯加入離子液體[C3MIMJNTf2中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散4h，然后再用30W功率超聲分散3s，靜置4min，重復(fù)110次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C3M頂]NTf2離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。200°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C3MM] NTf2離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高9. 1%。實(shí)施例7
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 01%的要求，將石墨烯加入離子液體[C4MIMlPF6中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散4h，然后再用20W功率超聲分散4s，靜置3min，重復(fù)90次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C4M頂]PF6離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。220°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C4MnOPF6離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高11. 2%。實(shí)施例8
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 01%的要求，將石墨烯加入離子液體[C6MIMlPF6中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用300W功率超聲分散4h，然后再用40W功率超聲分散2s，靜置3min，重復(fù)90次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C6M頂]PF6離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在I個(gè)月以上。240°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C6MIM]PF6離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高10. 8%。實(shí)施例9
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 04%的要求，將石墨烯加入離子液體[C8MIMlPF6中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用300W功率超聲分散3h，然后再用20W功率超聲分散3s，靜置4min，重復(fù)120次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C8M頂]PF6離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在I個(gè)月以上。260°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C8MIM]PF6離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高13. 8%。實(shí)施例10按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 04%的要求，將石墨烯加入離子液體[CltlMIM] PF6中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散3. 5h，然后再用20W功率超聲分散2s，靜置5min，重復(fù)100次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[CltlMIM]PF6離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在I個(gè)月以上。280°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[CltlMIM] PF6離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高15. 3%。實(shí)施例11
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 07%的要求，將石墨烯加入離子液體[C4MIMlBF4中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用300W功率超聲分散3h，然后再用20W功率超聲分散3s，靜置4min，重復(fù)130次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C4MM]BF4離子液體納米流體。
經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。300°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C4MM]BF4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高17. 9%。實(shí)施例12
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 07%的要求，將石墨烯加入離子液體[C6MIMlBF4中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用200W功率超聲分散4h，然后再用30W功率超聲分散2s，靜置6min，重復(fù)120次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C6MM]BF4離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。320°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C6MM]BF4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高18. 5%。實(shí)施例13
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%的要求，將石墨烯加入離子液體[C8MIMlBF4中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用250W功率超聲分散3h，然后再用20W功率超聲分散2s，靜置2min，重復(fù)110次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/[C8MM]BF4離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。340°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[C8MM]BF4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高23. 3%。實(shí)施例14
按離子液體納米流體中石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%的要求，將石墨烯加入離子液體[C10MIMlBF4中，進(jìn)行超聲分散，超聲分散的過程為先用250W功率超聲分散4h，然后再用25W功率超聲分散2s，靜置2min，重復(fù)120次，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即為石墨烯/ [C10MIM]BF4離子液體納米流體。經(jīng)過測定，該離子液體納米流體在室溫下可以穩(wěn)定存在20天以上。360°C時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)比[CltlMIM]BF4離子液體的導(dǎo)熱系數(shù)提高25. 1%。
權(quán)利要求
1.用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟將石墨烯加入離子液體中，進(jìn)行超聲分散，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即得到離子液體納米流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯在離子液體納米流體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. OOl 0. 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述離子液體的陽離子為咪唑類，包括[BMIM]\ [CnM頂]+、[CnB頂]+ 或[CnHIM], 2 ^ <n 彡 10，陰離子為[BF4]' [PF6]' [NTf2]-或[CF3 SO3]'
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述超聲分散的過程為先用200 300W功率超聲3 4h，再用20 40W功率超聲2 4s，靜置2 6min ;所述超聲分散的次數(shù)為90 130次。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽能中高溫?zé)崂玫碾x子液體納米流體的制備方法，包括以下步驟按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)將石墨烯加入咪唑類離子液體中，進(jìn)行多次超聲分散，形成均勻穩(wěn)定的懸浮液即得到離子液體納米流體。通過本發(fā)明的方法制備的石墨烯/離子液體納米流體具有導(dǎo)熱系數(shù)高、集熱性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，并且石墨烯添加量少、不添加表面活性劑，具有環(huán)境友好性，其制備工藝簡單、成本低廉，可以用于100℃以上太陽能中高溫?zé)崂妙I(lǐng)域。
文檔編號C09K5/10GK102732230SQ20121021871
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者張正國, 方曉明 申請人:華南理工大學(xué)