赤藻糖醇复合相变材料的制备与表征

发布时间：2017-08-19 06:35

  本文关键词：赤藻糖醇复合相变材料的制备与表征

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【摘要】：相变储热材料的工作原理是当周围环境温度高于或者低于储热材料的相变温度时,相变材料发生相变,吸收或者释放能量从而解决了能源利用率低以及能源供需的不匹配。复合相变材料因克服了单一相变材料的流动性和泄露等这些缺点而被广泛研究。二氧化硅因具有高的熔点、不溶于水、化学性质稳定、机械强度好等优点而成为一种理想的包覆材料。赤藻糖醇是一种水溶性的四元醇,因具有高潜热、无毒等优点而成为一种极具潜力的相变材料。但是,过冷度大、放热能力有限和放热稳定性差等因素限制了赤藻糖醇作为相变材料的大规模使用。本文利用两种方法制备了赤藻糖醇/二氧化硅微胶囊复合相变材料。首先利用紫外光在酸性条件下辅助3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷水解,其水解产物作为壁材,赤藻糖醇的无颗粒感的粉末作为芯材,制备了赤藻糖醇/二氧化硅微胶囊复合相变材料。分别采用SEM、FT-IR、XRD和DSC等测试手段对制备的复合相变材料的微观形貌、结构、储热性能和储热稳定性进行表征。赤藻糖醇的熔融潜热和凝固潜热分别为349.9 J/g和224.16J/g,过冷度为89.46℃,放热能力为64.06%;赤藻糖醇/二氧化硅微胶囊复合相变材料的熔融潜热和凝固潜热分别为184.6J/g和119.8J/g,过冷度为64.56℃,放热能力为64.90%;不难看出微胶囊化很好的降低了赤藻糖醇的过冷度,但是放热能力变化不大。为了研究增稠剂和成核剂对赤藻糖醇过冷度和放热能力的影响,同时加入3%的CMC作为增稠剂,9%的Al2O3作为成核剂,制备了ET/SiO_2-3C-9A微胶囊复合相变材料,熔融潜热和凝固潜热分别为113.6 J/g和93.33 J/g,放热能力为82.16%,过冷度为16.14℃。经历100次热循环后的熔融潜热和凝固潜热分别为110.1J/g和90.51J/g,放热能力为82.21%,过冷度为17.54℃。同时加入增稠剂和成核剂很好的解决了赤藻糖醇的过冷度大,放热能力和放热稳定性差的问题。为了制备放热能力强,热稳定性好的复合相变材料,采用赤藻糖醇的饱和溶液为芯材,以3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的水解产物为壁材,以赤藻糖醇的饱和水溶液为芯材,制备了赤藻糖醇/二氧化硅微胶囊复合相变材料。首先单因素的加入相对赤藻糖醇的质量分数为3%、6%、9%和12%的羧甲基纤维素和三氧化二铝作为增稠剂和成核剂,实验发现,单因素的加入增稠剂和成核剂能很好地降低赤藻糖醇得过冷度,提高放热能力,但是并不能提高其放热稳定性;同时加入3%的羧甲基纤维素和9%的三氧化二铝制备的复合材料的放热能力高达91.74%,过冷度仅为15℃。循环后的过冷度和放热能力的变化量分别为2.6%和0.77%。说明该复合材料具有良好的储热性能和储热稳定性。
【关键词】：赤藻糖醇 二氧化硅 放热能力 过冷度
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题意义11
• 1.2 相变储热材料11-14
• 1.2.1 相变材料的分类11-12
• 1.2.2 相变材料的选择12-13
• 1.2.3 相变材料的复合方法13-14
• 1.3 微胶囊复合相变材料14-17
• 1.3.1 微胶囊复合相变材料的制备14-16
• 1.3.2 微胶囊相变材料的应用16-17
• 1.4 课题研究的目标、内容和创新点17-18
• 第2章 ET/SiO_2微胶囊相变材料的制备与表征18-33
• 2.1 实验药品及仪器18-19
• 2.2 实验19-21
• 2.2.1 ET/SiO_2复合相变材料的制备19-20
• 2.2.2 表征方法20-21
• 2.3 结果与讨论21-27
• 2.3.1 壁材的选择21-22
• 2.3.2 分散剂对ET/SiO_2微胶囊复合相变材料渗透性的影响22
• 2.3.3 核壳比对ET/SiO_2微胶囊复合相变材料渗透性的影响22-23
• 2.3.4 ET/SiO_2微胶囊复合相变材料的表征23-27
• 2.3.4.1 ET/SiO_2微胶囊复合相变材料的结构表征23-25
• 2.3.4.2 ET/SiO_2微胶囊复合相变材料的储热性能表征25-27
• 2.4 ET/SiO_2微胶囊复合相变材料性能的改善27-31
• 2.4.1 ET/SiO_2-3C-9A微胶囊复合相变材料的储热性能分析27-29
• 2.4.2 ET/SiO_2-3C-9A微胶囊复合相变材料的储热稳定性分析29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 ET/SiO_2-S的制备与储放热性能的改善33-56
• 3.1 实验33-35
• 3.1.1 实验药品及仪器33-34
• 3.1.2 ET/SiO_2-S复合相变材料的制备34
• 3.1.3 性能测试34-35
• 3.2 结果与讨论35-49
• 3.2.1 ET/SiO_2-S复合相变材料合成工艺的优化35-39
• 3.2.1.1 反应温度对ET/SiO_2-S复合相变材料储热性能的影响35-36
• 3.2.1.2 溶剂对ET/SiO_2-S复合相变材料储热性能的影响36-38
• 3.2.1.3 核壳比对ET/SiO_2-S复合相变材料储热性能的影响38-39
• 3.2.2 ET/SiO_2-S微胶囊复合相变材料性能的改善39-49
• 3.2.2.1 CMC对ET/SiO_2-S微胶囊复合相变材料的过冷度及放热能力的影响40-43
• 3.2.2.2 Al_2O_3对ET/SiO_2-S复合相变材料的过冷度及放热能力的影响43-47
• 3.2.2.3 CMC和Al_2O_3对ET/SiO_2-S复合相变材料的过冷度及放热能力的影响47-49
• 3.3 ET/SiO_2-S-9A-3C微胶囊复合相变材料的结构表征49-51
• 3.3.1 ET/SiO_2-S-9A-3C微胶囊复合相变材料的形貌表征49-50
• 3.3.2 ET/SiO_2-S-9A-3C微胶囊复合相变材料的结构表征50-51
• 3.4 ET/SiO_2-S-9A-3C微胶囊复合相变材料的储热性能表征51-52
• 3.5 ET/SiO_2-S-9A-3C微胶囊复合相变材料的稳定性表征52-54
• 3.6 本章小结54-56
• 结论与展望56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录65

【参考文献】

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本文编号：699246