一種多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變蓄熱/儲能是提高能源利用率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，相變材料是影響蓄熱/儲能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。利用相變材料的相變潛熱來實(shí)現(xiàn)能量的存儲和利用，有助于提高能效和開發(fā)可再生能源，在太陽能利用、電力的“移峰填谷”及民用采暖與空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。相變材料由于高儲能密度、高導(dǎo)熱率等優(yōu)異性能，成為目前最受關(guān)注的節(jié)能儲能材料，但其易泄露、循環(huán)穩(wěn)定性差的問題限制了其廣泛應(yīng)用。因此，相變材料的研宄與開發(fā)成為近年來能源科學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域中的研宄熱點(diǎn)。針對相變材料在相變過程中易發(fā)生液體泄漏的問題，研宄者開始大力開發(fā)具有更高循環(huán)穩(wěn)定性的復(fù)合相變材料。
從相關(guān)研宄領(lǐng)域申報(bào)的專利中，可知通過將相變材料與具有固載能力的載體復(fù)合，是目前提高相變材料循環(huán)穩(wěn)定性的主要方式之一。CN103923614A提供了一種有序多孔基定型復(fù)合相變材料的制備方法，通過將相變材料與多孔二氧化硅載體復(fù)合，提高其穩(wěn)定性，防止相變材料的泄露。CN103694963A提供了一種復(fù)合相變材料的制備方法，通過將相變材料與多孔化和石墨化的炭微球復(fù)合，提高了相變材料的導(dǎo)熱性能和穩(wěn)定性。通過多級組裝構(gòu)筑微納尺度可調(diào)的多級空心結(jié)構(gòu)載體，可以將相變芯材封裝在多級結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)定型，將傳熱介質(zhì)組裝到多級結(jié)構(gòu)納米孔道中提高導(dǎo)熱能力，從而實(shí)現(xiàn)多級組裝復(fù)合相變材料的熱存儲與熱傳導(dǎo)強(qiáng)化，但是現(xiàn)有的專利中均未有對多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料的報(bào)道。
[0003]因此，選擇一種具有多級結(jié)構(gòu)的相變材料載體，并通過合適的方式與相變材料復(fù)合，在保持相變材料蓄傳熱等性能的同時(shí)提高其固載能力、循環(huán)穩(wěn)定性等綜合性能，仍然是本領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難題。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載型復(fù)合相變材料載體的制備方法，通過與相變材料的有效復(fù)合，在不影響相變材料蓄能傳熱等性能的同時(shí)，提高相變材料的固載能力、循環(huán)穩(wěn)定性等綜合性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料的制備方法，所述方法具體步驟如下:
步驟一:制備單分散的二氧化硅微球；
步驟二:制備二氧化硅/ 二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，在二氧化硅微球表面包覆二氧化欽殼層； 步驟三:制備多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球，通過堿性條件下的水熱反應(yīng)將二氧化硅模板溶解，并同時(shí)刻蝕二氧化鈦殼層得到多級結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球；
步驟四:制備多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟一具體為:在正硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水的混合液中，200C _30°C條件下，磁力攪拌、加入體積濃度為25%-28%的氨水，反應(yīng)3_8小時(shí)，收集固體粉末、水洗、烘干，得到直徑在50-500nm范圍內(nèi)的二氧化硅微球。
[0008]進(jìn)一步的，所述正硅酸乙酯:氨水:水:無水乙醇的摩爾比為1:(2~20):(20~140):(50~100)o
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟二具體為:將步驟一中制得的二氧化硅微球與低級醇和氨水(25°/『28%)混合，超聲分散后，在40~60°C水浴并磁力攪拌，再緩慢加入由鈦源配置的混合型低級醇溶液，反應(yīng)12~24小時(shí)，離心、醇洗、水洗、烘干，得到二氧化硅/ 二氧化鈦核殼型復(fù)合微球。
[0010]進(jìn)一步的，所述二氧化硅微球、氨水、鈦源、低級醇的摩爾比為1: (2-20): (1-30):(200?1000)。
[0011]進(jìn)一步的，所述的鈦源包括:鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或幾種，所述的低級醇包括:甲醇、乙醇中的一種或幾種。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟三具體為:將步驟二制得的二氧化硅/ 二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球超聲分散于濃度為0.1-10 molL—1的氫氧化鈉溶液中，所述二氧化娃/二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、氫氧化鈉的質(zhì)量比為1:20~40，在密閉容器中90~200°C條件下反應(yīng)2小時(shí)~10小時(shí)，冷卻至室溫，收集白色沉淀水洗、烘干，將產(chǎn)物浸泡于濃度為0.1-5 moll/1鹽酸溶液中，水洗、烘干；然后300~500°C高溫煅燒1~7小時(shí)，得到多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟四具體為:將步驟三中制得的多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球、相變材料、乙醇混合均勻，在50~90°C水浴并磁力攪拌3~5小時(shí)，在70~100°C烘箱中烘24~72小時(shí)，然后在馬弗爐中250~300°C煅燒1~3小時(shí)，得到負(fù)載型復(fù)合相變材料。
[0014]進(jìn)一步的，所述多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球、相變材料、乙醇的質(zhì)量比為1:1~20:30?100。
[0015]進(jìn)一步的，所述的相變材料包括:硝酸鋰、硝酸鈉、聚乙二醇、正十八烷、石蠟的一種或幾種。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:通過在多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦載體上負(fù)載相變材料制備得到了多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料，將相變芯材封裝在多級結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)定型，將傳熱介質(zhì)組裝到多級結(jié)構(gòu)納米孔道中提高導(dǎo)熱能力，實(shí)現(xiàn)了多級結(jié)構(gòu)復(fù)合相變材料的熱存儲與熱傳導(dǎo)等綜合性能的提升，而且用本發(fā)明提供的方法反應(yīng)工藝簡單、條件溫和、流程短，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為采用本發(fā)明方法制備得到的多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦/硝酸鋰復(fù)合相變材料?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0021]一種多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合相變材料的制備方法，所述方法通過在二氧化鈦載體上負(fù)載相變材料從而得到負(fù)載型復(fù)合相變材料，在不影響相變材料蓄傳熱等性能的同時(shí)，提高其固載能力、循環(huán)穩(wěn)定性等綜合性能，所述復(fù)合相變材料的制備方法具體包括如下步驟:
步驟一:制備單分散的二氧化硅微球，在正硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水的混合液中，20°C _30°C條件下，磁力攪拌、加入體積濃度為25%-28%的氨水，反應(yīng)3_8小時(shí)，收集固體粉末、水洗、烘干，得到直徑在50-500nm范圍內(nèi)的二氧化硅微球。各物料摩爾比為:正硅酸乙醋:氨水:水:無水乙醇=1: (2-20): (20-140): (50-100)；
步驟二:制備二氧化硅/ 二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，在二氧化硅微球表面包覆二氧化鈦殼層，將二氧化硅微球、低級醇和氨水(25%~28%)以一定的重量比混合，超聲分散后，在40~60°C水浴并磁力攪拌，再緩慢加入由鈦源配置的混合型低級醇溶液，反應(yīng)12~24小時(shí)，離心、醇洗、水洗、烘干，得到二氧化硅/ 二氧化鈦核殼型復(fù)合微球。其中二氧化硅微球、氨水、鈦源、低級醇的摩爾比為:1: (2-20): (1-30): (200-1000)；
所述的鈦源包括:鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯中的一種或幾種，其中優(yōu)選鈦酸四丁酯； 所述的低級醇包括:甲醇、乙醇中的一種或幾種，其中優(yōu)選乙醇；
步驟三:制備多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球，通過堿性條件下的水熱反應(yīng)將二氧化硅模板溶解，并同時(shí)刻蝕二氧化鈦殼層得到多級結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球，將步驟二制得的二氧化硅/二氧化鈦核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球超聲分散于濃度為0.1-10 molL—1的氫氧化鈉溶液中，在密閉容器中90~200°C條件下反應(yīng)