十水硫酸钠—十二水磷酸氢二钠室温共晶盐定形复合吸附剂的微波复合相变材料的制备及性能研究

发布时间：2020-08-09 19:12

【摘要】：随着生活水平的提高,人们对室内热舒适(22-28℃)的环境需求增加。将具有高蓄热能力的相变材料(PCM)集成到建筑围护结构中,通过吸收和释放多余的热量来改善室内的热舒适环境是一种有效的建筑节能技术方案。本论文以价格低廉的无机水合盐十水硫酸钠(Na_2SO_4·10H_2O)和十二水磷酸氢二钠(Na_2HPO_4·12H_2O)为主要原料,以亲水性气相二氧化硅(SiO_2)、高分子吸水性树脂(SAP)作为定形组分,开展了Na_2SO_4·10H_2O-Na_2HPO_4·12H_2O室温共晶盐相变材料及其定形复合相变材料(FSCPCMs)的制备及热性能研究。首先,通过调节Na_2SO_4·10H_2O和Na_2HPO_4·12H_2O的配比(质量分数,下同),分析混合盐的热性能,获得了Na_2SO_4·10H_2O-Na_2HPO_4·12H_2O室温共晶盐;探讨了成核剂和助成核剂对共晶盐过冷度的影响;并对所获得的共晶盐相变材料的晶体结构及热稳定性进行分析。结果显示,20%Na_2SO_4·10H_2O与80%Na_2HPO_4·12H_2O形成稳定的室温共晶盐。添加2.5%硅酸钠(Na_2SiO_3·9H_2O)作为成核剂、2.0%蔗糖作为助成核剂,可将共晶盐的过冷度降至0.26℃,最终获得的共晶盐相变材料相变温度为25.86℃,熔化焓为210.0 J/g,具有较好的热稳定性。其次,以多孔气相二氧化硅为载体,利用其毛细管吸附作用,采用熔融-浸渍法制备了Na_2SO_4·10H_2O-Na_2HPO_4·12H_2O/SiO_2定形复合相变材料。探讨了不同二氧化硅含量下复合相变材料的热特性、过冷度及定形性能;对定形复合相变材料的形态、组成及晶态进行了表征;并测试了其导热系数、耐热性能及循环稳定性。实验结果表明,添加30%的二氧化硅能获得稳定的定形复合相变材料,其相变温度为25.16℃,熔化焓为142.9J/g,过冷度为0.24℃,导热系数小,热可靠性好。最后,以高分子吸水性树脂为载体,利用其对水合盐的吸收作用,制备了Na_2SO_4·10H_2O-Na_2HPO_4·12H_2O/SAP定形复合相变材料。探讨了高分子吸水性树脂添加量对复合相变材料热性能、过冷度及定形性能的影响;表征其结晶性能及组成;测试其热稳定性及循环可靠性。结果显示,添加12%的高分子吸水性树脂能获得稳定的定形复合相变材料,其相变温度为25.03℃,熔化焓高达179.2 J/g,过冷度为0.22℃,导热系数低,并展示出优异的热可靠性。综上所述,所研制的两种新型定形复合相变材料具低导热和高蓄热双重功能,在室内热舒适及建筑节能中有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU551;TB34
【图文】：

242242图 2-1 展示了含 0-100%Na2SO4·10H2O 的 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 熔融混合盐照片，从图 2-1 中可以明显看出，纯 Na2HPO4·12H2O 和较低含量 Na2SO4·10H2O 的混合盐不存在相分离现象，而纯 Na2SO4·10H2O 和较高含量 Na2SO4·10H2O 的混合盐存在明显的相分离现象；当混合盐中 Na2SO4·10H2O 的质量分数为 30%及以下时，溶液呈澄清透明状，即水合盐完全溶解，消除了 Na2SO4·10H2O 的相分离现象；当 Na2SO4·10H2O的质量分数超过 30%时，水合盐不能完全溶解，存在明显的相分离现象。Na2SO4和Na2HPO4的相对分子质量相等为 142，而 Na2HPO4·12H2O 中结晶水的含量比Na2SO4·10H2O 的结晶水含量多，因此，纯 Na2HPO4·12H2O 溶液和低含量 Na2SO4·10H2O的混合盐中，由于含有大量的水，溶液处于不饱和的状态，没有相分离现象，随着Na2SO4·10H2O 含量的增加，水分的相对含量降低，溶液逐渐接近饱和，再继续增加Na2SO4·10H2O，溶液呈现过饱和状态，从而出现相分离现象。

-2 含 0-30%Na2SO4·10H2O 的 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 混合盐的 DSC-2 DSC curves of Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O mixtures with 0-30%Na2SO4-3 含 0-30%Na2SO4·10H2O 的 Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O 混合盐的 DSC 2-3 DSC data of Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O mixtures with 0-30%Na2SO4O4·10H2O (%) Tm(℃) Tp(℃) ΔHm0 36.53 42.12 195 34.94 39.97 2310 32.75 36.83 2315 31.12 36.81 2220 26.95 35.21 2225 29.85 35.42 2230 29.27 34.74 212SO4·10H2O 的质量分数 5%为间隔，再配置了 Na2SO4·10H2O 含量

华南理工大学硕士学位论文Na2SO4·10H2O 的加入使得体系相变温度和熔化峰温都有一定程度的降低，而熔化焓反而有些增加。随着 Na2SO4·10H2O 含量的增加，相变温度先减小后增加。含 5-30%Na2SO4·10H2O 的混合盐相变温度为 26.95-34.94 ℃，熔化焓为 215.2-236.3 J/g。

【参考文献】

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本文编号：2787434