[發(fā)明專利]一種跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011354650.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN114561191B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史全;李艷更;孫克衍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): C09K5/06
• 分類號(hào): C09K5/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明公開了一種跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料的制備方法。該方法采用相變材料赤蘚糖醇作為蓄熱單元，聚合物聚丙烯酰胺與水溶性酚醛樹脂交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為支撐材料，制備得到跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料。本方法所制備的跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料具有相變潛熱高、儲(chǔ)能穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，易于其在太陽能熱能存儲(chǔ)、廢熱回收利用等方面的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及了一種跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料的設(shè)計(jì)及其制備技術(shù)。

背景技術(shù)

熱能是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷牡哪茉矗彩亲钬S富的能源形式之一。開發(fā)熱能儲(chǔ)存技術(shù)來有效的提升熱能使用效率的重要性不言而喻。在各種熱能儲(chǔ)存技術(shù)中，基于相變材料的潛熱儲(chǔ)存技術(shù)以其運(yùn)作簡(jiǎn)單、能量儲(chǔ)存密度大等特點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。相變材料可以在其相變循環(huán)中吸收/釋放能量，并且在能量轉(zhuǎn)變過程中溫度基本保持不變。另外，相變過程具有可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性，能夠滿足長期循環(huán)使用的需要。但是，相變材料對(duì)溫度敏感，溫度降至結(jié)晶點(diǎn)以下時(shí)就會(huì)結(jié)晶釋放潛熱，從而不能將熱能長期儲(chǔ)存起來。可以看到，開發(fā)可長期相變儲(chǔ)能技術(shù)、提高能源利用效率對(duì)我國能源發(fā)展意義重大。并且高效長期相變儲(chǔ)能材料能夠儲(chǔ)存數(shù)周或數(shù)月的熱量，在提高能源利用率和解決能源時(shí)空供需不匹配的問題上非常有效。

有機(jī)類相變材料，如多元醇類對(duì)金屬設(shè)備無腐蝕且具有良好的成核特性、化學(xué)特性和熱穩(wěn)定性；此外，多元醇類相變材料之一的赤蘚糖醇是天然產(chǎn)物，原料廉價(jià)易得；且具有無毒、不易燃、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)異的相變儲(chǔ)能材料，在廢熱傳輸、太陽能蓄熱、汽車廢熱循環(huán)系統(tǒng)領(lǐng)域備受關(guān)注。赤蘚糖醇分子間有大量氫鍵，過冷度高，可通過外加物質(zhì)與其形成氫鍵，使其在冷卻過程中不結(jié)晶，而在再加熱過程中出現(xiàn)冷結(jié)晶以及隨后的熔化。因此本發(fā)明的重點(diǎn)在于通過水溶性酚醛樹脂交聯(lián)聚丙烯酰胺作為支撐材料，通過支撐材料分子上氨基與赤蘚糖醇分子間形成大量氫鍵，使其在降溫過程中不出現(xiàn)結(jié)晶，而是在再加熱過程中結(jié)晶以及隨后的熔化，可用作長期儲(chǔ)能的相變材料。該材料具有制備工藝簡(jiǎn)單、儲(chǔ)熱密度高、放熱可控等優(yōu)點(diǎn)，適用于太陽能熱能儲(chǔ)存、廢熱傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料的制備方法，所得材料可長時(shí)間穩(wěn)定高效儲(chǔ)熱，且具有優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和安全性；可用于太陽能熱能儲(chǔ)存或廢熱傳輸?shù)取?/p>

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

(1)取一定質(zhì)量的六亞甲基四胺和甲醛水溶液，N₂氣氛下溶于一定體積乙醇中；

(2)稱取一定質(zhì)量的間苯二酚室溫?cái)嚢柘氯苡谝欢w積乙醇溶液，然后滴入0.05ml一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH水溶液；

(3)取一定量步驟(2)制備的間苯二酚乙醇溶液，使用滴液漏斗逐滴滴入步驟(1)制得溶液中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，制備得交聯(lián)劑水溶性酚醛樹脂，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，冷藏保存；

(4)取一定質(zhì)量聚丙烯酰胺和赤蘚糖醇，一定溫度下溶于一定體積水中，然后加入一定量步驟(3)制備的水溶性酚醛樹脂，一定溫度、N₂氣氛下反應(yīng)一定時(shí)間后，轉(zhuǎn)移至烘箱中一定溫度下烘干制得跨季節(jié)長期儲(chǔ)能的定型相變材料。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中所用的NaOH水溶液中NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10％，優(yōu)選為1-5％，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％時(shí)最佳。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中加入間苯二酚與甲醛的摩爾比為1:1-1:2，優(yōu)選為1:1.3–1:1.7，且在1:1.5時(shí)最佳。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中間苯二酚與甲醛的反應(yīng)時(shí)間為0.5–1h，優(yōu)選為0.5–0.8h，且反應(yīng)時(shí)間在0.5h時(shí)最佳。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)中間苯二酚與甲醛的反應(yīng)溫度為40-80℃，優(yōu)選為40-60℃，最佳為50℃。