一種納米二氧化硅包裹相變材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于相變材料包裹的制備工藝領(lǐng)域，涉及一種納米二氧化硅包裹相變材料的制備方法。本發(fā)明是以有機烷類為有機溶劑，去離子水為水溶劑，有機硅源為硅源，制備出Li2CO3?Na2CO3二元熔鹽為芯材，SiO2為壁材的包覆微膠囊材料。該材料的相變溫度為489.2℃～505.5℃，其相變潛熱為344.5J/g～365.5J/g。本發(fā)明具有芯材熱穩(wěn)定性好、成本低廉、工藝簡單成熟的優(yōu)點，防止了相變材料在相變過程中出現(xiàn)的泄漏問題，解決了相變材料的實際應(yīng)用困難。
【專利說明】
一種納米二氧化硅包裹相變材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于一種納米二氧化硅包裹相變材料及其制備方法，涉及一種二元熔鹽Li2CO3-Na2CO3相變材料的合成及硅包裹相變材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟及科技的快速發(fā)展，能源的利用率越來越受到重視，從而促進了節(jié)能材料的發(fā)展。相變材料能夠在相變過程中儲存和釋放能量，因此，成為近年來發(fā)展迅速的一種環(huán)保節(jié)能材料，除廣泛應(yīng)用在建筑、儲能地板、空調(diào)蓄熱系統(tǒng)等領(lǐng)域，在紅外低輻射、航空航天上的應(yīng)用也逐漸被人們發(fā)掘。但相變材料單一使用時存在易于泄漏、導(dǎo)熱系數(shù)較低等問題限制其實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種納米二氧化硅包裹相變材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述納米二氧化硅包裹相變材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種納米二氧化娃包裹相變材料，其特征在于用納米Si〇2包覆Li2CO3-NaKO3二元熔鹽，該相變微膠囊相變溫度為489.2°C?505.5 °C，相變潛熱為344.5J/g?365.5J/g;其中Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽中Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?1.5)0
[0005]本發(fā)明還提供了上述納米二氧化硅包裹相變材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0006](I)取Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?.5)作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化，然后將燒好的原料冷卻待用；
[0007](2)將步驟(I)中制備所得的相變材料經(jīng)過球磨后過篩，加入體積比為1:(22?25)的去尚子水和有機溶劑，再加入分散劑使相變材料分散均勾，其中分散劑與去尚子水的質(zhì)量比為1: (5?6)，分散劑與相變材料的質(zhì)量比為I: (I?2);在60"€?80°C下活化后，再按去離子水與正戊醇體積比為I: (5?7)加入正戊醇，磁力攪拌機攪拌，形成油包水結(jié)構(gòu)；
[0008](3)將步驟(2)中制備所得的油包水結(jié)構(gòu)靜置后滴加硅源，硅源與去離子水的體積比為 1:(0.5 ?1.5);
[0009 ] (4)將步驟(3)中制備所得體系中加入PH調(diào)試劑調(diào)節(jié)其pH在7?8，在磁力攪拌機繼續(xù)攪拌;得到包覆微球；
[0010](5)將步驟(4)中制備所得的包覆微球用有機溶劑洗滌，并放入烘箱中烘干，得到納米二氧化娃包裹相變材料。
[0011]優(yōu)選步驟(I)中燒至熔化的升溫速率是2°C/min?10°C/min;熔化溫度為600°C?650。。。
[0012]優(yōu)選步驟(2)中所述的有機溶劑為環(huán)己烷或正庚烷中的一種或其混合物。
[0013]優(yōu)選步驟(2)中所述的分散劑為十二烷基苯環(huán)酸鈉、羧甲基纖維素鈉或十六烷基三甲基溴化銨中的一種或其混合物。[OOM] 優(yōu)選步驟(2)中磁力攪拌機的轉(zhuǎn)速為400rpm?800rpm，攪拌時間為1?15min;步驟(4)中磁力攪拌機的轉(zhuǎn)速為400rpm?800rpm，攪拌時間為6h?8h;步驟(2)中的過篩為過300?400目篩;步驟(3)的靜置時間為I?2h;步驟(5)的洗滌次數(shù)為3?6次，烘箱的烘干溫度為50°C?80°C。
[0015]優(yōu)選步驟(3)中所述的硅源為正硅酸四乙酯或甲基硅酸鈉的一種或其混合物。
[0016]優(yōu)選步驟(4)中所述的PH調(diào)試劑是氨水或氫氧化鈉中的一種或其混合物。
[0017]優(yōu)選步驟(5)中所述的有機洗滌劑為乙醇、環(huán)己烷或正戊烷中的一種或其混合物。
[0018]有益效果:
[0019]本發(fā)明方法以及由該方法制備納米二氧化硅包裹相變材料LiKO3-Na2CO3微膠囊具有如下特點:
[0020](I) 一定配比的Li2CO3-Na2CO3高溫熔化反應(yīng)生成NaLi⑶3具有良好的熱穩(wěn)定性能，且該熔鹽相變材料價格低，來源廣泛，大大降低了生產(chǎn)成本。
[0021](2)工藝簡單成熟，制備過程采用原為聚合法進行硅包裹相變材料，防止了相變材料在相變過程中出現(xiàn)的泄漏問題，解決了相變材料的實際應(yīng)用困難。
[0022](3)納米二氧化硅包裹相變材料滿足國家大力提倡的開發(fā)綠色環(huán)保能源的號召，該相變包覆材料利用相變潛熱進行能量的儲存與轉(zhuǎn)化，可避免能量供求時空的不匹配問題。
【附圖說明】
[0023]圖1是實例I中所制備納米二氧化硅包裹相變材料Li2⑶3-Na2C03微膠囊的實物照片;
[0024]圖2是實例I中所制備納米二氧化硅包裹相變材料LiKO3-Na2CO3微膠囊的透射電鏡圖片；
[0025]圖3是實例I中所制備納米二氧化硅包裹相變材料Li2CO3-NaAO3微膠囊的熱重分析圖。
【具體實施方式】
[0026]實例I
[0027]取20gLi2C03和25gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是10°(:/1^11，從25°(:升至600°(:)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過300目篩，取0.6g相變材料，加入2ml去離子水，50ml環(huán)己烷和
0.36gSDS在60°C下活化，加入1ml正戊醇，在磁力攪拌機上400rpm攪拌lOmin，形成油包水結(jié)構(gòu)。靜置Ih后逐滴加入1.4mlTEOS，用氨水調(diào)節(jié)pH為8，在400rpm磁力攪拌機上繼續(xù)攪拌6h，用乙醇過濾洗滌3次，放入50°C烘箱烘干，即制備得到納米二氧化硅包裹相變材料。圖1是所制備的硅包裹相變材料的實物照片，從圖中可以看到，該材料呈白色粉末狀，顆粒大小分布均勻。圖2是該硅包裹相變材料的透射電鏡圖片，從圖中可以看出，是以相變材料Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽為芯材，S12為壁材的微膠囊結(jié)構(gòu)。圖3是該硅包裹相變材料的熱重分析圖，從圖中可以看出硅包裹相變材料的相變溫度為499.TC，其相變潛熱為365.5J/g。從TG曲線我們可以看出存在一些小的吸熱峰，可能是高溫下Li2CO3-Na2CO3 二元熔鹽發(fā)生了部分分解。
[0028]實例2
[0029]取20gLi2C03和30gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是8°C/min，從25°C升至620°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過300目篩，取0.42g相變材料，加入2.2ml去離子水，50ml正庚烷和0.4gSDS在63 0C下活化，加入12ml正戊醇，在500rpm磁力攪拌機上攪拌I Imin，形成油包水結(jié)構(gòu)。靜置1.5h后逐滴加入2.6mlTE0S，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為7，在500rpm磁力攪拌機上繼續(xù)攪拌7h，用乙醇過濾洗滌4次，放入60°C烘箱烘干，即制備得到硅包裹相變材料。經(jīng)過測試表征發(fā)現(xiàn)，該硅包裹相變材料的相變溫度為500.2°C，其相變潛熱為358.5J/g。
[0030]實例3
[0031]取25gLi2C03和30gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是6°C/min，從25°C升至630°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過325目篩，取0.5g相變材料，加入2.4ml去離子水，55ml環(huán)己烷和
0.44gSDS在66°C下活化，加入14ml正戊醇，在600rpm磁力攪拌機上攪拌15min，形成油包水結(jié)構(gòu)。靜置I.5h后逐滴加入2.6ml甲基娃酸鈉，氨水調(diào)節(jié)pH為8，在600rpm磁力攪拌機上繼續(xù)攪拌7h，乙醇過濾洗滌5次，放入65°C烘箱烘干，即制備得到硅包裹相變材料。經(jīng)過測試表征發(fā)現(xiàn)，該硅包裹相變材料的相變溫度為489.2°C，其相變潛熱為360.8J/g。
[0032]實例4
[0033]取25gLi2C03和35gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是4°C/min，從25°C升至640°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨過325目篩，取0.6g相變材料，加入2.6ml去離子水，60ml環(huán)己烷和0.48g羧甲基纖維素鈉在69°C下活化，加入16ml正戊醇，在700rpm磁力攪拌機上攪拌lOmin，形成油包水結(jié)構(gòu)。靜置2h后逐滴加入3.2mlTE0S，氨水調(diào)節(jié)pH為8，在700rpm磁力攪拌機上繼續(xù)攪拌7h，環(huán)己烷過濾洗滌6次，放入70°C烘箱烘干，即制備得到硅包裹相變材料。經(jīng)過測試表征發(fā)現(xiàn)，該硅包裹相變材料的相變溫度為505.5°C，其相變潛熱為344.5J/g。
[0034]實例5
[0035]取30gLi2C03和35gNa2C03作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化(升溫制度是2°C/min，從25°C升至650°C)，然后將燒好的原料冷卻待用。將所制備的相變材料經(jīng)過球磨后過400目篩，取0.72g相變材料，加入2.8ml去離子水，65ml環(huán)己烷和
0.52g十六烷基三甲基溴化銨在78 °C下活化，加入18ml正戊醇，在SOOrpm磁力攪拌機上攪拌15min，形成油包水結(jié)構(gòu)。靜置2h后逐滴加入3.8mlTE0S，用氨水調(diào)節(jié)pH為7，在800rpm磁力攪拌機上繼續(xù)攪拌Sh，正戊醇過濾洗滌5次，放入80 V烘箱烘干，即制備得到硅包裹相變材料。經(jīng)過測試表征發(fā)現(xiàn)，該硅包裹相變材料的相變溫度為490.5°C，其相變潛熱為363.5J/g。
【主權(quán)項】
1.一種納米二氧化娃包裹相變材料，其特征在于用納米Si02包覆Li2C03-Na2C03二元恪鹽，該相變微膠囊相變溫度為489.2°C?505.5 °C，相變潛熱為344.5J/g?365.5J/g;其中Li2CO3-Na2CO3二元熔鹽中Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1: (I?1.5)。2.一種制備如權(quán)利要求1所述納米二氧化硅包裹相變材料的方法，其具體步驟如下: (1)取Li2CO3和Na2CO3的質(zhì)量比為1:(I?.5)作為相變配比原料，把兩者混合并研磨，并放入爐子中燒至熔化，然后將燒好的原料冷卻待用； (2)將步驟(I)中制備所得的相變材料經(jīng)過球磨后過篩，加入體積比為1:(22?25)的去尚子水和有機溶劑，再加入分散劑，其中分散劑與去尚子水的質(zhì)量比為1: (5?6)，分散劑與相變材料的質(zhì)量比為1: (I?2);在60°C?80°C下活化后，再按去離子水與正戊醇體積比為I: (5?7)加入正戊醇，磁力攪拌機攪拌，形成油包水結(jié)構(gòu)； (3)將步驟(2)中制備所得的油包水結(jié)構(gòu)靜置后滴加硅源，硅源與去離子水的體積比為1:(0.5?1.5); (4)將步驟(3)中制備所得體系中加入PH調(diào)試劑調(diào)節(jié)其pH在7?8，在磁力攪拌機繼續(xù)攪拌;得到包覆微球； (5)將步驟(4)中制備所得的包覆微球用有機溶劑洗滌，并放入烘箱中烘干，得到納米二氧化硅包裹相變材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(I)中燒至熔化的升溫速率是2°C/min?10 °C/min;熔化溫度為600 °C?650 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的有機溶劑為環(huán)己烷或正庚烷中的一種或其混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的分散劑為十二烷基苯環(huán)酸鈉、羧甲基纖維素鈉或十六烷基三甲基溴化銨中的一種或其混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中磁力攪拌機的轉(zhuǎn)速為400rpm?800rpm，攪拌時間為10?15min;步驟(4)中磁力攪拌機的轉(zhuǎn)速為400rpm?800rpm，攪拌時間為6h?8h ；步驟(2)中的過篩為過300?400目篩;步驟(3)的靜置時間為I?2h;步驟(5)的洗滌次數(shù)為3?6次，烘箱的烘干溫度為50°C?80°C。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的硅源為正硅酸四乙酯或甲基硅酸鈉的一種或其混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述的PH調(diào)試劑是氨水或氫氧化鈉中的一種或其混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(5)中所述的有機洗滌劑為乙醇、環(huán)己烷或正戊烷中的一種或其混合物。
【文檔編號】C09K5/06GK106047301SQ201610371356
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】沈曉冬, 酈煒, 崔升
【申請人】南京工業(yè)大學(xué)