氧化锌包覆正二十烷相变材料微胶囊的合成及性能研究

发布时间：2017-09-14 22:27

  本文关键词：氧化锌包覆正二十烷相变材料微胶囊的合成及性能研究

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【摘要】：能源短缺已经成为限制人类发展的重要因素和世界各国面临的共同问题,提高能源利用的效率的同时开发可再生的能源材料成为刻不容缓的任务。但是在实际操作中,由于能源的供应与需求均具有较强的空间性和时间性,使得使用过程中同样会造成能源的不必要的损失与消耗。而相变储能材料作为一种在一定温度范围内通过改变其物理状态来达到储能效果的储能材料无疑会在能源利用领域发挥其重要的作用。将相变储能材料进行有效的封装使其微胶囊化,在使相变储能材料保持其宏观固态的形态的同时为其提供了更大的传热面积和结构强度,缓解固-液相变储能材料稳定性差、热导率低、以及体积变化大等方面的固有问题,简化了相变储能材料的制备和使用工艺,为固-液相变储能材料与结构材料的结合使用提供了新的思路和方法,将其应用领域大大外延。很多研究者已经开始着眼于对相变储能材料进行有效的微胶囊化封装这一重要技术,使其成为了当前相变储能材料研究领域的重点和热点。本课题设计了一种以氧化锌壁包覆正二十烷芯的微胶囊复合相变储能材料(MEPCMs),同时兼具抗菌性与光降解有机污染物的特性,符合医用绷带中抗菌保温材料的应用要求。合成中选用正二十烷(n-eicosane)为芯材,以氧化锌(ZnO)为微胶囊壁材。实验时以十二烷基磺酸钠(SDS)为乳化剂将正二十烷有效的均匀分散于N,N-二甲基甲酰胺体系中,并使正二十烷液滴表面带有负电,使得加入的锌离子吸附于油滴表面,与碱性沉淀剂反应,在其表面均匀沉积形成致密氢氧化锌(Zn(OH)2)壳,再经由陈化过程形成最终的ZnO多功能复合相变微胶囊。通过改变实验配比,合成了一系列的微胶囊,并用X射线粉末衍射(XRD)跟踪了Zn(OH)2壳体向ZnO壳体的整个转变过程。其中合成的ZnO微胶囊的化学组成以及表面元素分析使用到傅里叶红外(FTIR),X光能量色散(EDX),X光电子能谱法(XPS)进行测定。形态学分析使用到扫描电子显微镜(SEM),表明了其粒径均匀性和其明显的核壳结构。差示扫描量热测试(DSC)表明所制备的微胶囊具有较高的储热能力,且相变材料的包覆效率和储能效率随着正二十烷/Zn(CH3COO)2·2H2O质量比的增大而增大。使用热失重分析(TG), FTIR和DSC进一步证明了合成的微胶囊具有良好的应用工作稳定性和可依赖性。此外,功能性实验的结果证明此微胶囊在光降解有机污染物和抗菌方面都有良好的效果。结合相变微胶囊的本身的相变储能功能,此ZnO复合相变微胶囊成为具有多功能的相变储能材料,大大拓宽了适用范围,具有非常大的应用潜力。
【关键词】：功能性微胶囊 氧化锌 相变储能 抗菌性 光降解
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 结论13-29
• 1.1 相变储能材料概述13-21
• 1.1.1 相变储能材料的分类14-16
• 1.1.1.1 固-液相变储能材料14-15
• 1.1.1.2 固-固相变储能材料15-16
• 1.1.2 相变储能材料的蓄热机理及特点16
• 1.1.3 相变储能材料的选择以及应用改进16-18
• 1.1.3.1 相变储能材料的选择16-17
• 1.1.3.2 相变储能材料的应用改进17-18
• 1.1.4 相变储能材料的应用18-21
• 1.1.4.1 相变储能材料在建筑领域的应用18-20
• 1.1.4.2 相变储能材料在纺织品领域的应用20
• 1.1.4.3 相变储能材料在保存和运输温敏材料上的应用20-21
• 1.1.4.4 相变储能材料在军事领域的应用21
• 1.2 微胶囊技术的简介21-22
• 1.3 微胶囊复合相变储能材料的制备方法及原理22-23
• 1.4 微胶囊相变储能材料的研究进展23-24
• 1.5 氧化锌微胶囊壁材简介24-26
• 1.5.1 氧化锌的晶体结构25
• 1.5.2 氧化锌的光电性能25-26
• 1.5.2.1 光催化性能25-26
• 1.5.2.2 电学性能26
• 1.5.3 纳米氧化锌的制备26
• 1.6 本课题的研究内容及创新点26-29
• 1.6.1 本课题的研究内容26-27
• 1.6.2 本课题的创新点27-29
• 第二章 实验部分29-33
• 2.1 实验原料及试剂29
• 2.2 实验仪器29
• 2.3 氧化锌包覆正二十烷微胶囊的实验合成29-30
• 2.3.1 合成方法29-30
• 2.3.2 不同核壳比的微胶囊的实验合成30
• 2.4 测试与表征方法30-33
• 2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜30
• 2.4.2 X射线能量色散光谱仪(EDX)30
• 2.4.3 透射电子显微镜(TEM)30-31
• 2.4.4 傅里叶红外光谱分析(FTIR)31
• 2.4.5 X射线光电子能谱(XPS)31
• 2.4.6 X射线衍射(XRD)31
• 2.4.7 热失重分析(TG)31
• 2.4.8 差示扫描量热(DSC)31
• 2.4.9 室温紫外光条件下降解有机污染物功能的表征31-32
• 2.4.10 对不同菌种的抗菌有效性分析32-33
• 第三章 结果和讨论33-61
• 3.1 合成机理33-35
• 3.2 微胶囊的化学组成分析35-40
• 3.3 微胶囊的微观结构和形态学分析40-45
• 3.4 微胶囊的相变性能和能量储存性能45-50
• 3.5 微胶囊的热稳定性和应用循环耐用性50-55
• 3.6 微胶囊的光降解性55-57
• 3.7 微胶囊的抗菌性57-61
• 第四章 结论61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-71
• 研究成果及发表的学术论文71-73
• 作者与导师简介73-74
• 附件74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 蒋锡华;曹洁明;郑明波;郭静;邓少高;刘劲松;;三元添加剂水溶液体系制备CaCO_3空心球[J];物理化学学报;2007年08期

2 毛华军;晏华;谢家庆;;微胶囊相变材料研究进展[J];功能材料;2006年07期

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本文编号：852712