一種低溫六水氯化鈣蓄熱材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫六水氯化鈣蓄熱材料及制備方法，制得的該低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料由六水氯化鈣和成核劑和增稠劑按質(zhì)量百分比組成，其中，成核劑為硼砂、氧化鋁或九水偏硅酸鈉，增稠劑為羧甲基纖維素鈉（CMC）；其中六水氯化鈣為相變基礎(chǔ)材料，用量為95%～98%；通過分別添加1%的硼砂和1%的羧甲基纖維素鈉（CMC）或1%的氧化鋁和4%的CMC或1%的九水偏硅酸鈉和2%的CMC對六水氯化鈣進(jìn)行改性，制成的低溫六水氯化鈣蓄熱材料的相變潛熱為150J/g左右、相變溫度在25～30℃、過冷度小于2℃，經(jīng)過3000次循環(huán)后吸熱和放熱性能穩(wěn)定。在農(nóng)業(yè)設(shè)施和住宅建筑中具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種低溫六水氯化鈣蓄熱材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相變蓄熱材料，特別涉及一種過冷度小于2°C無相分離的六水氯化鈣蓄熱材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)過30年的發(fā)展，節(jié)能型日光溫室的規(guī)模和技術(shù)顯著提高，該型溫室在農(nóng)業(yè)中占的比重越來越高，成為北方農(nóng)民致富增收的重要農(nóng)業(yè)建筑物。日光溫室是具有中國特色的蔬菜栽培設(shè)施，能充分利用太陽能，在北方地區(qū)一般不加溫就可以進(jìn)行蔬菜越冬生產(chǎn)。但北方寒冷地區(qū)，由于冬季的最低氣溫會達(dá)到零下10°c，甚至更低，導(dǎo)致溫室內(nèi)溫度降至5°C以下，無法滿足溫室栽培作物的適宜生長溫度(15~30°C )。傳統(tǒng)的方法是在日光溫室內(nèi)安裝并運(yùn)行加溫設(shè)備，導(dǎo)致溫室的生產(chǎn)成本大大提高，降低溫室生產(chǎn)利潤和效益。
[0003]將相變材料應(yīng)用于日光溫室，在白天溫室內(nèi)溫度較高時(shí)，相變材料將溫室內(nèi)多余的熱量儲存起來；在夜晚溫室內(nèi)氣溫降低時(shí)，相變材料將白天儲存的熱量釋放回溫室，能有效提高溫室夜間溫度，在不加熱情況下，滿足溫室內(nèi)作物生長的溫度環(huán)境。
[0004]六水氯化鈣是一種典型的無機(jī)低溫相變蓄熱材料，其相變溫度為29.920C，熔解熱為190J/g，具有制備簡單方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。由于六水氯化鈣有較高的潛熱值，相變溫度又在適合植物生長溫度15~30°C之間。若將其應(yīng)用于溫室，不但可以減少溫室運(yùn)行費(fèi)用，又可以充分利用太陽能，提高生產(chǎn)效益。但六水氯化鈣同其它無機(jī)水合鹽一樣，具有嚴(yán)重的過冷現(xiàn)象(過冷度為20°C )及相分離現(xiàn)象，純六水氯化鈣在降溫時(shí)熱量無法充分釋放出來，所以要將其應(yīng)用于溫室實(shí)際生產(chǎn)中，必須解決其過冷和相分離問題。因此，研究消除六水氯化鈣過冷度和相分離現(xiàn)象的成核劑和增稠劑的配方與配比，制備性能良好的六水氯化鈣蓄熱材料是 申請人:研究的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種低溫六水氯化鈣蓄熱材料及制備方法，通過降溫結(jié)晶制備純凈六水氯化鈣晶體，并向純凈六水氯化鈣晶體中添加不同種類和比例的成核劑及增稠劑，得到過冷度小于2°C無相分離性能穩(wěn)定的低溫六水氯化鈣蓄熱材料。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)解決方案得以實(shí)現(xiàn):
[0007]一種低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，其特征在于，制得的該低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料由六水氯化鈣和成核劑和增稠劑按質(zhì)量百分比組成，其中，成核劑為硼砂、氧化鋁或九水偏硅酸鈉，增稠劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)；
[0008]六水氯化鈣的用量為98%，硼砂的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為1% ；或者
[0009]六水氯化鈣的用量為95%，氧化鋁的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為4% ;或者
[0010]六水氯化鈣的用量為97%,九水偏娃酸鈉的用量為1%,羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為2%。
[0011]上述低溫六水氯化鈣蓄熱材料的制備方法，其特征在于，該方法以六水氯化鈣為相變基礎(chǔ)材料，并在其中加入成核劑和增稠劑進(jìn)行改性，包括以下步驟:
[0012]1)將無水氯化鈣緩慢加入到恒溫50°C熱水中，直到無水氯化鈣不再溶解且有沉淀為止，進(jìn)行過濾，得到純凈氯化鈣飽和溶液；
[0013]2)將純凈的氯化鈣飽和溶液置于5°C的恒溫環(huán)境中，使氯化鈣飽和溶液降溫結(jié)晶，得到六水氯化鈣晶體；將六水氯化鈣晶體置于5°C的低溫干燥環(huán)境中進(jìn)行低溫干燥，得到純凈六水氯化鈣晶體；
[0014]3)在純凈六水氯化鈣中加入成核劑和增稠劑，加熱熔解制備出過冷度小于2°C無相分離的低溫六水氯化鈣蓄熱材料。
[0015]本發(fā)明制備的低溫六水氯化鈣蓄熱材料具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、相變焓值高(150J/g左右)、相變溫度合適(30°C左右)、循環(huán)使用后性能穩(wěn)定。
[0017]2、相變過程可逆，與純凈的六水氯化鈣相比，過冷度小于2°C度，無相分離現(xiàn)象，性倉急
[0018]3、制備簡單方便，原料易得，價(jià)格低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的低溫六水氯化鈣蓄熱材料的DSC圖，熔解溫度為30.33°C，相變潛熱值為153.7J/g。
[0020]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是對已知的六水氯化鈣進(jìn)行改性，得到相變焓值高、相變溫度合適、循環(huán)使用性能穩(wěn)定、相變過程可逆的低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料。
[0022]本實(shí)施例給出一些具體的低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料的配方，該低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料由六水氯化鈣和成核劑和增稠劑按質(zhì)量百分比組成，其中，六水氯化鈣為相變基礎(chǔ)材料，成核劑為硼砂、氧化鋁或九水偏硅酸鈉，增稠劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)。
[0023]第一種方案:所述六水氯化鈣的用量為98%，硼砂的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為1%。
[0024]第二種方案:所述六水氯化鈣的用量為95%，氧化鋁的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為4%。
[0025]第三種方案:所述六水氯化鈣的用量為97%，九水偏硅酸鈉的用量為1%,羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為2%。
[0026]上述低溫六水氯化鈣蓄熱材料的制備方法，以六水氯化鈣為相變基礎(chǔ)材料，并在其中加入成核劑和增稠劑進(jìn)行改性，包括以下步驟:
[0027]1)將無水氯化鈣緩慢加入到恒溫50°C熱水中，直到無水氯化鈣不再溶解且有沉淀為止，進(jìn)行過濾，得到純凈氯化鈣飽和溶液；
[0028]2)將純凈的氯化鈣飽和溶液置于5°C的恒溫環(huán)境中，使氯化鈣飽和溶液降溫結(jié)晶，得到六水氯化鈣晶體；將六水氯化鈣晶體置于5°C的低溫干燥環(huán)境中進(jìn)行低溫干燥，得到純凈六水氯化鈣晶體；
[0029]3)在純凈六水氯化鈣中加入成核劑和增稠劑，加熱熔解制備出過冷度小于2°C無相分離的低溫六水氯化鈣蓄熱材料。
[0030]本實(shí)施例中，六水氯化鈣的分子式為CaCl2.6H20，分子量為219.08，熔點(diǎn)為29°C。
[0031]以下為 申請人:給出的較優(yōu)的實(shí)施例，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，不排除通過添加其它不同種類和比例的成核劑及增稠劑來制得性能穩(wěn)定的低溫六水氯化鈣蓄熱材料的可倉泛。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]本實(shí)施例采用無水氯化鈣、硼砂和羧甲基纖維素鈉(CMC)為原材料制備低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，其中，無水氯化鈣用量為98% (質(zhì)量比)，硼砂用量為1% (質(zhì)量比)，羧甲基纖維素鈉用量為(CMC) 1% (質(zhì)量比 )，首先通過溶解降溫結(jié)晶得到純凈的六水氯化鈣晶體，在純凈的六水氯化鈣晶體中添加硼砂和羧甲基纖維素鈉(CMC)，本實(shí)施例中硼砂作為成核劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)作為增稠劑，加熱至40°C直至液態(tài)，攪拌均勻。將均勻溶液置于20°C以下24小時(shí)，形成固化的六水氯化鈣蓄熱材料。
[0034]如圖1所示，經(jīng) 申請人:測試，本實(shí)施例制備的低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，經(jīng)過3000次循環(huán)后吸熱和放熱性能穩(wěn)定。其潛熱值為153.70J/g，熔解溫度為30.33°C，相變溫度在25~30°C，過冷度小于2°C和且無相分離現(xiàn)象，性能穩(wěn)定。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]本實(shí)施例同樣采用實(shí)施例1的方法制備低溫六水氯化鈣蓄熱材料，采用無水氯化鈣、氧化鋁和羧甲基纖維素鈉(CMC)為原材料，其中，無水氯化鈣用量為95% (質(zhì)量比)，氧化鋁的用量為1%(質(zhì)量比)。羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為4%(質(zhì)量比)，本實(shí)施例中氧化鋁作為成核劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)作為增稠劑，首先通過溶解降溫結(jié)晶得到純凈的六水氯化鈣晶體，在純凈的六水氯化鈣晶體中添加氧化鋁和羧甲基纖維素鈉(CMC)，加熱至40°C直至液態(tài)，攪拌均勻。將均勻溶液置于20°C以下24小時(shí)，形成固化的六水氯化鈣蓄熱材料，其相變潛熱值為150.40J/g，熔解溫度為29.82°C，相變溫度在25~30°C，過冷度小于2°C且無相分離現(xiàn)象，性能穩(wěn)定。
[0037]經(jīng) 申請人:測試，本實(shí)施例制備的低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，經(jīng)過3000次循環(huán)后吸熱和放熱性能穩(wěn)定。
[0038]實(shí)施例3:
[0039]本實(shí)施例采用按實(shí)施例1的方法制備低溫六水氯化鈣蓄熱材料，采用無水氯化鈣、九水偏硅酸鈉和羧甲基纖維素鈉(CMC)為原材料，其中六水氯化鈣的用量為97% (質(zhì)量比)，九水偏硅酸鈉的用量為1% (質(zhì)量比)，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為2% (質(zhì)量比);本實(shí)施例中，九水偏硅酸鈉作為成核劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)作為增稠劑，首先通過溶解降溫結(jié)晶得到純凈的六水氯化鈣晶體，在純凈的六水氯化鈣晶體中添加九水偏硅酸鈉和羧甲基纖維素鈉(CMC)，加熱至40°C直至液態(tài)，攪拌均勻。將均勻溶液置于20°C以下24小時(shí)，形成固化的六水氯化鈣蓄熱材料，其相變潛熱值為151.90J/g，熔解溫度為30.12°C，相變溫度在25~30°C，過冷度小于2°C且無相分離現(xiàn)象，性能穩(wěn)定。
[0040]經(jīng) 申請人:測試，本實(shí)施例制備的低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，經(jīng)過3000次循環(huán)后吸熱和放熱性能穩(wěn)定。[0041]需要指出的是，本研究領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到在不脫離本發(fā)明給出的技術(shù)特征和范圍的情況下，對技術(shù)特征所作的增加、替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料，其特征在于，制得的該低溫六水氯化鈣相變蓄熱材料由六水氯化鈣和成核劑和增稠劑按質(zhì)量百分比組成，其中，成核劑為硼砂、氧化鋁或九水偏硅酸鈉，增稠劑為羧甲基纖維素鈉(CMC)； 六水氯化鈣的 用量為98%，硼砂的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為1% ;或者 六水氯化鈣的用量為95%，氧化鋁的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為4% ;或者 六水氯化鈣的用量為97%，九水偏硅酸鈉的用量為1%，羧甲基纖維素鈉(CMC)的用量為2%。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫六水氯化鈣蓄熱材料，其特征在于，所述六水氯化鈣的分子式為CaCl2.6H20，分子量為219.08，熔點(diǎn)為29°C。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫六水氯化鈣蓄熱材料的制備方法，其特征在于，該方法以六水氯化鈣為相變基礎(chǔ)材料，并在其中加入成核劑和增稠劑進(jìn)行改性，包括以下步驟: 1）將無水氯化鈣緩慢加入到恒溫50°C熱水中，直到無水氯化鈣不再溶解且有沉淀為止，然后進(jìn)行過濾，得到純凈氯化鈣飽和溶液； 2)將純凈的氯化鈣飽和溶液置于5°C的恒溫環(huán)境中，使氯化鈣飽和溶液降溫結(jié)晶，得到六水氯化鈣晶體；將六水氯化鈣晶體置于5°C的低溫干燥環(huán)境中進(jìn)行低溫干燥，得到純凈六水氯化鈣晶體； 3)在純凈六水氯化鈣中加入成核劑和增稠劑，加熱熔解制備出過冷度小于2°C無相分離的低溫六水氯化鈣蓄熱材料。
【文檔編號】C09K5/06GK103923613SQ201410124687
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】王宏麗, 李凱, 鄒志榮 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)