[發明專利]具有核殼異質結構的紅外輻射節能材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110072661.1
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102258965A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 樊希安;李光強;胡曉明;洪小杰;朱誠意;侯艷輝
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于紅外輻射節能技術領域，具體涉及一種具有核殼異質結構的紅外輻射節能材料及其制備方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染問題的日益加劇，作為一類新型節能材料的紅外輻射材料受到了各國的普遍重視。我國大型工業爐窯每年消耗的能源占全國工業能耗的55％以上，但其平均熱效率卻不足30％，與發達國家工業爐的熱效率50％相比還有很大差距。因此，工業爐窯的節能減排不僅具有相當大的潛力，也符合我國大力發展低碳經濟的政策需求。

紅外輻射又稱為熱輻射，是在其射程范圍內被物質吸收，使物質分子和原子中的電子或離子產生受迫共振而引發的熱效應。工業爐窯的高溫加熱，主要以輻射傳熱為主，即熱量主要以電磁波輻射的形式傳遞給工件和爐窯襯體。目前，工業爐窯內襯所使用的耐火材料在高溫下其表面發射率大都小于0.5，為利用紅外輻射節能材料提高爐襯的表面發射率、進而提高熱工設備的熱效率提供了可能。

目前紅外輻射節能材料的發展方向是超細超薄化，成分復合化和功能多樣化(CN101928479A)。在紅外加熱技術中，一般要求輻射材料的紅外輻射主波長與被加熱對象的吸收峰波長相對應。而溫度升高，紅外輻射的主波峰會向短波段移動，這就要求紅外輻射材料在短波段具有比較高的發射率。近年來，盡管紅外輻射材料的研究取得了較大進展，遠紅外區(6～25μm)高輻射率材料的發射率已超過0.9，但在近紅外區(0.76～3μm)和中紅外區(3～6μm)材料的發射率還比較低，大部分在0.8左右，這成為了當前利用紅外輻射節能材料提高熱工設備熱效率的瓶頸(CN101550006A)。另外，現有制備紅外輻射材料的方法大都需要長時間高溫煅燒(＞1200℃)(CN101555369A，CN1296315C)，這不僅提高了生產成本，增加了固定資本的投入，且所制備的材料穩定性差。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種能耗小、投資少、生產成本低、工藝簡單、周期短的在全波段具有高發射率的具有核殼異質結構的紅外輻射節能材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為如下步驟：

第一步、將工業級的堇青石進行球磨處理，獲得堇青石超細微粉，備用；

第二步、分別配制濃度為0.1～2.0mol/L的含過渡金屬陽離子的水溶液和pH值為8～13的堿性溶液，備用；

第三步、將第一步獲得的堇青石超細微粉加入到第二步配制的堿性溶液中，堇青石超細微粉與堿性溶液的質量比為(0.10～0.30)∶1；

第四步、將第三步制得的含有堇青石超細微粉的堿性溶液加入到微波加熱爐內的反應容器內，加熱至40～90℃，再通過微波加熱爐的玻璃管通入壓縮空氣，用攪拌桿進行攪拌；

第五步、將第二步制備的含過渡金屬陽離子的水溶液通過微波加熱爐的滴液漏斗加入到第四步的反應容器內，含過渡金屬陽離子的水溶液與第四步的堿性溶液的質量比為1∶(2～10)，在40～90℃條件下保溫0.5～7h；然后關閉微波加熱爐的微波電源和壓縮空氣，自然冷卻至室溫，停止攪拌，即得固、液混合物；

第六步、對第五步所得的固、液混合物進行離心分離，再先后用水和無水乙醇洗滌，干燥，即制得以堇青石為核、尖晶石鐵氧體為殼的具有核殼異質結構的紅外輻射節能材料。

在上述技術方案中：堇青石超細微粉的粒徑小于3μm；含過渡金屬陽離子的水溶液中含有Fe²⁺和Mn²⁺離子，還含有Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺和Zn²⁺中的一種以上離子，其中，Fe²⁺和Mn²⁺離子的質量之和為上述過渡金屬陽離子總質量的80～85％。；堿性溶液為NaOH溶液、或為KOH溶液、或為NH₃·H₂O溶液。

微波加熱爐的結構是：在微波爐殼體內壁的一側設置有微波源，在微波爐殼體內的底板上設置有反應容器，冷凝回流管、玻璃管、滴液漏斗、光纖溫度計和攪拌桿通過微波爐殼體頂板的通孔與反應容器相通，微波爐殼體頂板的通孔內壁鑲嵌有銅管；微波加熱爐內的反應容器和攪拌桿為聚四氟乙烯材質。

由于采用上述技術方案，本發明具有以下優點：

①本發明采用球磨和微波誘導液相合成法制備具有核殼異質結構的紅外輻射節能材料，具有投資省、工藝簡單、周期短、反應溫度低和生產成本低的優勢。