磷酸锆负载二氧化钛纳米流体导热和分散稳定性研究

发布时间：2018-06-29 00:53

  本文选题：纳米流体 + 二氧化钛　； 参考：《广东工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：纳米流体作为一种新型的换热工质,具有高导热系数的特点,能在换热系统中增强传统的换热工质(例如水、油、醇等)很难满足的传热。但是流体中的纳米颗粒因为巨大的表面能会发生团聚,团聚体到达一定程度后受重力会发生沉降,使得纳米流体退化为普通流体,失去良好的传热性能。在本文中,我们针对提高纳米流体分散稳定性的方法进行了研究,提出了一种使纳米颗粒分散和均匀地负载在纳米碟片上,控制其团聚体大小的方法,提高纳米流体的分散稳定性。具体工作如下：1.使用水热法制备层状化合物磷酸锆(ZrP)纳米碟片,并使用硅烷偶联剂——异氰酸丙基三乙氧基硅烷(IPTS)对其进行表面改性,然后与分散好的TiO2悬浮液混合,使Ti02颗粒负载在ZrP碟片表面,最后使用四丁基氢氧化铵(TBAOH)对层状化合物进行剥离。通过使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析仪、激光粒度分析仪和傅里叶红外光谱仪等对制备的样品进行分析,结果显示：使用水热法合成的ZrP具有纯度高,粒径分布均匀,剥离形态完整的特点。通过IPTS的偶联作用,将ZrP与TiO2纳米颗粒连接在一起,形成ZrP碟片负载TiO2纳米颗粒的新型复合颗粒,并且复合颗粒中TiO2与ZrP的质量比对其形貌起决定性影响作用,当TiO2与ZrP的质量比为1：2时,单个碟片所负载的颗粒数目最多,且没有多余的颗粒散落在碟片周围,是实验范围内,复合纳米颗粒的最佳配比。2.选取TiO2与ZrP质量比为1：2的ZrP负载TiO2纳米流体,相同质量比的TiO2和ZrP混合悬浮液,质量分数为2%的ZrP胶体,质量分数为1%的TiO2纳米流体和去离子水作为样品,使用旋转流变仪和Hot disk热常数分析仪对其进行流变特性和导热系数进行测试。结果显示：除去离子水外,其他所有样品均为非牛顿流体,在ZrP负载TiO2的纳米流体和TiO2与ZrP的混合悬浮液中,ZrP起到了减缓剪切变稀速率和增加平均粘度的作用。TiO2纳米流体具有最高的导热系数为0.778 W/(m-K),相对于水提高了26.3%.在TiO2-ZrP纳米流体和TiO2/ZrP混合悬浮液中,ZrP起到了减小悬浮液导热系数的作用。但TiO2-ZrP(1：2)纳米流体的导热系数仍然相对于去离子水提高了13.1%.3.选取相同的样品,使用沉降观测法对其稳定性进行研究,使用激光粒度分析仪对制备之初和沉降后的样品进行粒径分布测试,并对ZrP碟片提高Ti02纳米流体稳定性的机理进行了分析。沉降观测结果显示,在50天的实验时间范围内,ZrP胶体几乎不发生沉降,具有最佳的稳定性,其余的含有TiO2纳米颗粒的悬浮液,稳定性从大到小为：TiO2-ZrP TiO2/ZrP TiO2.粒径分布结果显示,ZrP的粒径几乎不发生变化,TiO2纳米颗粒团聚严重,TiO2-ZrP颗粒虽然发生团聚,但团聚体大小和数量都大大减少。未负载颗粒的ZrP碟片增加悬浮液的粘度,负载颗粒的ZrP碟片控制团聚体的大小,是ZrP碟片提高悬浮液稳定性的两个主要原因。
[Abstract]:As a new heat transfer medium, nano-fluid has the characteristics of high thermal conductivity, which can enhance the heat transfer of traditional heat transfer fluids (such as water, oil, alcohol, etc.) in the heat transfer system. However, the nanoparticles in the fluid will be agglomerated because of the huge surface energy, and when the aggregates reach a certain degree of gravity, they will be settled, which will make the nano-fluids degenerate into ordinary fluids and lose good heat transfer performance. In this paper, we study the methods to improve the dispersion stability of nanoscale fluids, and propose a method of dispersing and uniformly loading the nanoparticles on the nanoscale disks and controlling the size of the aggregates. The dispersion stability of nanometer fluid is improved. The work is as follows: 1. The layered zirconium phosphate (ZrP) nano-disk was prepared by hydrothermal method, and then was modified by silane coupling agent (IPTS), and then mixed with dispersed TiO2 suspension. Ti02 particles were loaded on the surface of ZrP disk. Finally, the layered compounds were peeled by four Ding Ji ammonium hydroxide (TBAOH). The samples were analyzed by scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction analyzer (XRD), laser particle size analyzer (LPA) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The results show that ZrP synthesized by hydrothermal method has high purity. The particle size distribution is uniform and the peeling morphology is complete. Through the coupling of IPTs, ZrP and TiO2 nanoparticles were connected together to form new composite particles supported on ZrP disk, and the mass ratio of TiO2 to ZrP in the composite particles played a decisive role in the morphology of the composite particles. When the mass ratio of TiO2 to ZrP is 1:2, the number of particles loaded on a single disc is the most, and no redundant particles are scattered around the disc. ZrP supported TiO2 nano-fluids with 1:2 mass ratio of TiO2 to ZrP, mixed suspensions of TiO2 and ZrP with the same mass ratio, ZrP colloids with 2% mass fraction, TiO2 nano-fluids with 1% mass fraction and deionized water were selected as samples. The rheological properties and thermal conductivity were measured by rotating rheometer and hot disk thermal constant analyzer. The results show that all samples except ionic water are non-Newtonian fluids, In the ZrP-supported TiO2 nanofluids and the TiO2 / ZrP mixed suspensions, the shear thinning rate and the average viscosity were decreased. The highest thermal conductivity of TiO2 nanofluids was 0.778 W / (m-K), and the increase of 26.3% in comparison with water. In the TiO2-ZrP nano-fluid and TIO _ 2 / ZrP mixed suspensions, ZrP plays a role in reducing the thermal conductivity of the suspensions. However, the thermal conductivity of TiO2-ZrP (1:2) nanofluids is still increased by 13.1% compared with that of deionized water. Using the same sample, the stability of the sample was studied by means of sedimentation observation method, and the particle size distribution of the sample was measured by laser particle size analyzer at the beginning of preparation and after sedimentation. The mechanism of improving the stability of Ti02 nanoscale fluid by ZrP disc was analyzed. The results of settlement observation show that the colloid of ZrP has almost no sedimentation and has the best stability in the range of 50 days. The stability of the rest suspensions containing TiO2 nanoparticles is from large to small to that of: TiO2-ZrP TiO2 / ZrPTiO2. The results of particle size distribution showed that the particle size of TZP was almost unchanged. The agglomeration of TIO _ 2-ZrP particles was serious, but the size and quantity of the agglomerates were greatly reduced. The ZrP disc with unloaded particles increases the viscosity of the suspension, and the ZrP disc of the loaded particle controls the size of the agglomerate, which is the two main reasons for improving the stability of the suspension.
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.411

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本文编号：2080106