一種超分子凝膠基復(fù)合相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合相變材料領(lǐng)域，具體涉及一種超分子凝膠基復(fù)合相變材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源供應(yīng)日益緊缺、全球氣候惡化日趨嚴(yán)重的大背景下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能等為代表的新能源和可再生能源?duì)傳統(tǒng)能源的取代，已成為可持續(xù)發(fā)展的必由之路。但上述能源的分布存在間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，在其能源利用系統(tǒng)中存在著能量供給與需求在時(shí)間、空間或強(qiáng)度上不匹配和不均勻的矛盾，造成能量利用不合理和大量浪費(fèi)。儲(chǔ)能的方式主要包括顯熱、潛熱和化學(xué)反應(yīng)熱三種。潛熱儲(chǔ)能具有蓄熱密度大、溫度變化小、容易控制等優(yōu)點(diǎn)，成為儲(chǔ)能技術(shù)的首選方法。相變材料能夠在相變過(guò)程中吸收或釋放大量潛熱實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。因此，開發(fā)先進(jìn)的相變儲(chǔ)能材料是實(shí)現(xiàn)能源高效利用的有效方法，已成為近年來(lái)優(yōu)化儲(chǔ)能技術(shù)的重要切入點(diǎn)和核心突破點(diǎn)。
[0003]然而，傳統(tǒng)的純相變材料存在易泄漏、易過(guò)冷等缺點(diǎn)，極大地限制了其廣泛的應(yīng)用。因此，為較大程度上解決這些缺陷、充分發(fā)揮相變材料的儲(chǔ)能作用，定形相變材料受到越來(lái)越多的關(guān)注。定形相變材料由相變材料和支撐載體組成，不需要二次封裝，在發(fā)生固-液相變后仍保持其在固態(tài)時(shí)的形狀，有利于相變材料與傳熱流體間的換熱。此外，定形相變材料具有膨脹系數(shù)較小，相變體積變化小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。專利CN102061403A公開了一種多孔材料基體和復(fù)合相變蓄熱材料的制備方法。專利CN103923614A公布了一種有序多孔基定型復(fù)合相變材料的制備方法。然而，上述定型相變材料基材的可調(diào)控性小，相變芯材負(fù)載量低，且與相變芯材的兼容性差，因此，開發(fā)一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且可兼容多種類型相變芯材的復(fù)合相變材料對(duì)進(jìn)一步拓展定型相變材料的應(yīng)用具有重要意義。
[0004]超分子凝膠是凝膠因子與溶劑分子間通過(guò)超分子作用力(例如配位鍵、氫鍵、范德華力、J1-JI堆積作用、疏水-親水作用等)自組裝形成的一種兼具固體與液體的性質(zhì)、獨(dú)特多孔性的三維網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。而且，可通過(guò)改變配比參數(shù)及反應(yīng)條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其自組裝的配位鍵導(dǎo)向下，得到結(jié)構(gòu)具有新穎性的三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)。因此，能夠適應(yīng)不同尺寸及化學(xué)性質(zhì)的相變芯材，在進(jìn)行相變芯材負(fù)載時(shí)，有較好的普適性。因此，基于上述超分子凝膠的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)一種新型超分子凝膠基復(fù)合相變材料，有效防止相變芯材泄露、腐蝕等問(wèn)題，借助其易調(diào)控的特殊結(jié)構(gòu)，解決相變基材與相變芯材兼容性差的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于通過(guò)開發(fā)一種新型超分子凝膠基復(fù)合相變材料，利用其獨(dú)特的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效防止相變芯材的泄露，減少相變芯材對(duì)存儲(chǔ)容器的腐蝕作用，且有效兼容不同類型相變芯材，具有應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種超分子凝膠基復(fù)合相變材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]1)超分子凝膠基體的制備:
[0009]將一定比例的單體1與單體2加入到特定的有機(jī)溶劑中，在25°C _80°C條件下充分?jǐn)嚢柚寥芙?5min-2h)，加入特定的添加劑后，將裝有混合物的燒杯用封口膜封好，置于在0°C _200°C條件下反應(yīng)lmin-5d，反應(yīng)結(jié)束后，去掉封口膜，將燒杯放置于40_150°C的真空干燥箱中干燥12h-3d，最終得到超分子凝膠基材。
[0010]其中，單體1，單體2，添加劑的摩爾比為:1-80:1-80:1-80。
[0011]2)超分子凝膠基材與相變芯材的復(fù)合:
[0012]選取無(wú)機(jī)鹽類相變芯材、有機(jī)類相變芯材、聚合物類相變芯材中的一種或多種，溶解于一定的水/醇中，在25-100°C的條件下攪拌0.5h-6h，得到相變芯材的水/醇(水或醇)溶液。將上述步驟(1)所制備的超分子凝膠分散于預(yù)處理好的相變芯材的水/醇溶液中，油浴中加熱至25-100°C，攪拌l_24h，反應(yīng)完畢后，轉(zhuǎn)移至烘箱中，在30-120°C條件下干燥24h-90h，最終得到超分子凝膠劑復(fù)合相變材料。
[0013]其中，相變芯材與超分子凝膠基材的質(zhì)量比為1-100:1-100。
[0014]所述的單體1包括:丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、a -溴代丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N, N- 二甲基丙烯酰胺、硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵，醋酸鐵、硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、醋酸鋁、硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、醋酸銅、硝酸鉻、氯化鉻、硫酸鉻、醋酸鉻、硝酸鋯、硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳、硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷、氯化鋯、硫酸鋯、醋酸鋯、硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、醋酸鋅、硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳、硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷、醋酸鈷、硝酸錳、氯化錳、硫酸錳、醋酸錳、硝酸鈦、氯化鈦、異丙醇鈦等其中的一種或幾種。
[0015]所述的單體2包括:丙烯酸、2-丙烯酰胺基甲基丙磺酸、苯甲酸、對(duì)苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、均苯三甲酸，均苯四甲酸、苯六甲酸、2-磺酸基對(duì)苯二甲酸、2-硝基對(duì)苯二甲酸、2-氨基對(duì)苯二甲酸、5-氨基間苯二甲酸、2，2’ -聯(lián)吡啶-5，5’ - 二羧酸、2，4，6-三(4-羧基苯基)-1，3，5-三嗪，4- (4-吡啶基)苯甲酸、2，4，6-三(4-吡啶基)-1，3，5-三嗪、哌嘆、吡嘆、三乙烯二胺、2，2’ -聯(lián)吡啶、4，4’ -聯(lián)吡啶、等其中的的一種或幾種。
[0016]所述的添加劑包括:氫氟酸，鹽酸、甲酸、醋酸、聚環(huán)氧乙烷_聚環(huán)氧丙烷_聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物、間苯三酚/甲醛和三嵌段共聚物、氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、三乙胺、等其中的一種或幾種。
[0017]所述步驟(1)中的有機(jī)溶劑包括:無(wú)水乙醇、無(wú)水甲醇、正丁醇、異丙醇、水、二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、四氫呋喃、乙腈、甲苯、二甲基亞砜、1，4 二氧六環(huán)、N，N 二甲基甲酰胺、N，N 二乙基甲酰胺等其中的一種或幾種。
[0018]所述的無(wú)機(jī)鹽相變芯材包括:氯化鋰、硝酸鉀、硝酸銨、氯化銨、氯化鈉、硫酸鋇、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、八水合硫酸鋇、氯化鈣、六水合氯化鈣、硫酸鈉、十水合硫酸鈉、六水合溴化鈣中一種或多種。
[0019]所述的有機(jī)類相變芯材包括:硬脂酸、正丁醇酯、異丙醇酯、丙三醇三酯、肉豆蔻酸、石蠟、月桂酸、十五烷酸、新戊二醇、三羥甲基氨基甲烷、三羥甲基丙烷、脂肪酸中一種或幾種。
[0020]所述的聚合物類相變芯材包括:聚乙二醇、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-8000等中的一種或幾種。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:1)開發(fā)了一種新型超分子凝膠基復(fù)合相變材料；2)所制備的復(fù)合相變材料，利用超分子凝膠基材特有的網(wǎng)絡(luò)互傳結(jié)構(gòu)，能夠有效的固載相變芯材，有效解決相變芯材的泄漏問(wèn)題；3)所開發(fā)的復(fù)合相變材料有較好的相變芯材兼容性，可適應(yīng)不同類型的相變芯材；4)該方法簡(jiǎn)便易行，工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，利于規(guī)?；a(chǎn)，應(yīng)用前景廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施案例1得到的超分子凝膠基復(fù)合相變材料(Cr-BTC-Gel凝膠負(fù)載十八酸復(fù)合相變材料，SAiCr-BTC-Gel)的掃描電鏡照片。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施案例1中所制備得到的超分子凝膠基復(fù)合相變材料(Cr-BTC-Gel凝膠負(fù)載十八酸復(fù)合相變材料，SAiCr-BTC-Gel)的DSC譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]實(shí)施案例1
[0026](1)分別稱取2mmol的硝酸鉻和2mmol的均苯三甲酸于50mL燒杯中，向其中加入20mL的乙醇，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙夂?，將燒杯表面用封口膜封蓋好，置于80°C的烘箱中反應(yīng)4h，將燒杯上的封口膜移除，將燒杯置于40°C的真空干燥箱中干燥24h，得到Cr-BTC-Gel超分子凝膠基材。
[0027](2)將0.9g的十八酸(SA)加入到50mL的乙醇溶劑中，置于70°C的油浴中，充分?jǐn)嚢?.5h至十八酸完全溶解，得到澄清溶液后，向其中加入0.lg上述步驟(1)中制備的Cr-BTC-Gel超分子凝膠基材，在70°C的油浴中反應(yīng)6h后，轉(zhuǎn)移至60°C的烘箱中進(jìn)行干燥24h，得到SA@Cr-BTC-Gel復(fù)合相變材料。
[0028]將制備得到的SAOCr-BTC-Gel復(fù)合相變材料進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)表征，結(jié)果如圖1所示。同時(shí)，利用差示掃描量熱法(DSC)對(duì)上述步驟中制備的SA@Cr-BTC-Gel復(fù)合相變材料的潛熱值進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示，復(fù)合相變材料的潛熱高達(dá)180.23J ?