膨胀蛭石基有机相变储能材料的制备与性能研究
发布时间：2021-09-07 00:26
有机相变材料（PCM）具有潜热高、过冷度小、安全无毒等优点成为应用最广泛的一类相变储能材料。目前通过简单封装及导热剂添加等方式解决形态稳定性差和热导率低的研究较多,对基体的封装作用、相变行为及传热过程的影响机制等科学问题研究不足,在储能技术创新上缺乏一定的理论参考。针对以上问题,本论文开展了改性膨胀蛭石基有机复合PCM的性能调控及影响机制研究。采用盐酸和十二烷基三甲基溴化铵对膨胀蛭石进行酸处理及插层改性,选用聚乙二醇和石蜡作为有机相变储能介质,氧化铝为导热剂,通过物理浸渍法制备有机复合相变储能材料。本论文主要研究了改性处理对膨胀蛭石封装作用的影响、PCM在孔道中的相变动力学行为及强化传热机制等,并评估了复合相变储能材料的应用价值。论文取得的主要成果有:通过探究酸浸出及有机插层处理对膨胀蛭石孔道结构的影响,阐明了孔道调控机制,获得了具有最佳孔径大小、孔体积及孔隙率的改性技术,证明了两种改性处理对膨胀蛭石层间和表面的表面能及有机亲和性等特征均有改善作用。制备的改性膨胀蛭石可被用作PCM封装基体。经过对改性膨胀蛭石基有机PCM封装效果的研究,深入分析了封装作用改善机制。结果发现,用于有机PC...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变材料（PCM）分类
第一章绪论6此外，在特定的形状稳定方法中，需要考虑几个因素来优化PCM的能量存储密度和热学性能。例如，在相变微胶囊中，壳材料的囊封效率和机械强度是至关重要的方面；在使用聚合物基质的形状稳定方法中，聚合物的化学相容性和热稳定性起着关键的作用；对于纳米材料负载的PCM复合材料，合成路线和孔结构会影响PCM的吸收以及形状稳定性。形状稳定技术不仅克服了PCM的自身缺陷，而且促进了潜热存储材料的发展。图1-2PCM封装基体材料分类1.3.3研究现状在过去十年中，PCM得到了长足发展,但仍有很多问题需要改善，如稳定性差、过冷度高及热导率低等问题。稳定性差导致应用中形态不稳定及泄漏，过冷度大不利于在应用区间有效蓄热和放热，热导率低会减小储热-放热速率，这些问题严重限制了PCM的进一步推广与应用（Lin，2018）。针对形态稳定性差的问题，目前主要采用微胶囊化及多孔材料封装技术，一定程度上解决了PCM泄漏的问题（Reddy，2018）。在微胶囊技术中，无机壳体及有机壳体目前均有研究（刘太奇，2010；Drissi，2019）。Sami等（2018）制备了聚苯乙烯基壳材用以包封月桂酸。在最佳条件下，微胶囊的平均直径约为1.32μm，最大包封率为91.64％，形态良好并具有高达167.26J/g的相变潜热。Zhang等（2010）通过溶胶-凝胶法在不同的pH值下合成了一系列微囊化的二氧化硅（壳）/正十八烷（芯）相变微胶囊。结果发现，正十八烷被有效封装而没有任何
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文13本实验所用到的主要仪器设备如表2-2所示。表2-2主要仪器设备及相关参数仪器型号厂家电子天平SQP赛多利斯科学仪器有限公司恒温加热磁力搅拌器DF-101S江苏金怡仪器比表面积分析仪ASAP2460美国麦克公司压汞仪AutoPoreIV美国麦克公司X射线衍射仪D8ADVANCE德国布鲁克公司傅里叶变换红外光谱仪Spectrum100PerkinElmer公司ICP检测仪ICPMS-7510日本岛津公司热重分析仪NETZSCHSTA449F5德国耐驰集团本章的实验过程如下所示：改性EVM的制备流程如图2-1所示，具体步骤如下：（1）首先，将EVM分别放入0.01、0.05及0.1mol/L三种不同浓度的HCl溶液中，并置于65℃的水浴锅中水浴加热并搅拌2h，然后用去离子水洗涤并干燥，制备的三种HCl浓度改性EVM分别记作0.01EVM、0.05EVM和0.1EVM.（2）根据表征结果选取的最佳酸改性EVM为0.05EVM，然后将0.05EVM放入2mol/LNaCl溶液中进行钠化处理，在60℃水浴锅中加热搅拌2h，得到Na-0.05EVM。将获得的Na-0.05EVM与DTAB溶液（20g/L）混合，并置于65℃水浴锅中水浴加热并搅拌2h。所得样品用去离子水洗涤至未检测到Br-为止，将有机插层操作重复三次后，获得的酸改性有机插层EVM记作0.05-DTAB-EVM。图2-1改性EVM制备流程图
本文编号：3388485
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
相变材料（PCM）分类
第一章绪论6此外，在特定的形状稳定方法中，需要考虑几个因素来优化PCM的能量存储密度和热学性能。例如，在相变微胶囊中，壳材料的囊封效率和机械强度是至关重要的方面；在使用聚合物基质的形状稳定方法中，聚合物的化学相容性和热稳定性起着关键的作用；对于纳米材料负载的PCM复合材料，合成路线和孔结构会影响PCM的吸收以及形状稳定性。形状稳定技术不仅克服了PCM的自身缺陷，而且促进了潜热存储材料的发展。图1-2PCM封装基体材料分类1.3.3研究现状在过去十年中，PCM得到了长足发展,但仍有很多问题需要改善，如稳定性差、过冷度高及热导率低等问题。稳定性差导致应用中形态不稳定及泄漏，过冷度大不利于在应用区间有效蓄热和放热，热导率低会减小储热-放热速率，这些问题严重限制了PCM的进一步推广与应用（Lin，2018）。针对形态稳定性差的问题，目前主要采用微胶囊化及多孔材料封装技术，一定程度上解决了PCM泄漏的问题（Reddy，2018）。在微胶囊技术中，无机壳体及有机壳体目前均有研究（刘太奇，2010；Drissi，2019）。Sami等（2018）制备了聚苯乙烯基壳材用以包封月桂酸。在最佳条件下，微胶囊的平均直径约为1.32μm，最大包封率为91.64％，形态良好并具有高达167.26J/g的相变潜热。Zhang等（2010）通过溶胶-凝胶法在不同的pH值下合成了一系列微囊化的二氧化硅（壳）/正十八烷（芯）相变微胶囊。结果发现，正十八烷被有效封装而没有任何
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文13本实验所用到的主要仪器设备如表2-2所示。表2-2主要仪器设备及相关参数仪器型号厂家电子天平SQP赛多利斯科学仪器有限公司恒温加热磁力搅拌器DF-101S江苏金怡仪器比表面积分析仪ASAP2460美国麦克公司压汞仪AutoPoreIV美国麦克公司X射线衍射仪D8ADVANCE德国布鲁克公司傅里叶变换红外光谱仪Spectrum100PerkinElmer公司ICP检测仪ICPMS-7510日本岛津公司热重分析仪NETZSCHSTA449F5德国耐驰集团本章的实验过程如下所示：改性EVM的制备流程如图2-1所示，具体步骤如下：（1）首先，将EVM分别放入0.01、0.05及0.1mol/L三种不同浓度的HCl溶液中，并置于65℃的水浴锅中水浴加热并搅拌2h，然后用去离子水洗涤并干燥，制备的三种HCl浓度改性EVM分别记作0.01EVM、0.05EVM和0.1EVM.（2）根据表征结果选取的最佳酸改性EVM为0.05EVM，然后将0.05EVM放入2mol/LNaCl溶液中进行钠化处理，在60℃水浴锅中加热搅拌2h，得到Na-0.05EVM。将获得的Na-0.05EVM与DTAB溶液（20g/L）混合，并置于65℃水浴锅中水浴加热并搅拌2h。所得样品用去离子水洗涤至未检测到Br-为止，将有机插层操作重复三次后，获得的酸改性有机插层EVM记作0.05-DTAB-EVM。图2-1改性EVM制备流程图
本文编号：3388485
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