[發(fā)明專利]一種負(fù)載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠的制備方法

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• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN114686178A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧序
• 申請（專利權(quán)）人: 盧序
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種負(fù)載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠的制備方法。此方法包括使用無機(jī)酸和硅酸鹽溶液、膠體或濁液生成硅溶膠，或直接使用以水為分散劑的硅溶膠；制作水合鹽的水溶液，同時加入成核劑、導(dǎo)熱劑，并充分分散；然后將硅溶膠倒入上述混合液，再通過調(diào)節(jié)混合液的pH，使混合液凝膠；最后對凝膠控溫干燥，從而得到負(fù)載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠。此外，還提供一種上述材料的回收循環(huán)利用手段。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種附載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠的制備方法，本發(fā)明尤其是涉及一種以無機(jī)酸和金屬硅酸鹽為原料，通過溶膠、相變材料添加、凝膠和控溫干燥得到附載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠的方法。

背景技術(shù)

相變儲能技術(shù)是利用相變儲能材料(phase change materials，PCMs)在相變溫度區(qū)間內(nèi)的潛熱遠(yuǎn)大度相同溫度變化的顯熱這一特征，從而實(shí)現(xiàn)單位質(zhì)量、體積更高的熱能存儲和釋放。因此，當(dāng)相變材料低于相變溫度且外部溫度高于相變溫度時吸收大量熱能，當(dāng)相變材料高于相變溫度且外部溫度低于相變溫度時釋放大量熱能。利用該特性，選用合適的相變材料和相變溫度可以調(diào)和熱能供給與需求在時間和空間上不相匹配的矛盾，從而實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約與綜合梯度利用。

水合鹽作為相變儲能技術(shù)的材料，具有經(jīng)濟(jì)(成本較有機(jī)材料更低)和技術(shù)可行性，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前水合鹽相變儲能材料存在諸多問題需要解決，例如過冷、相分離導(dǎo)致的循環(huán)穩(wěn)定性差、導(dǎo)熱系數(shù)低導(dǎo)致能量吸收釋放不均勻、泄露等問題。此外，由于相變儲能材料的劣化并不是材料本身的降解，而更多是一種空間上的分布不均導(dǎo)致的，因此完全可以回收再利用。因為現(xiàn)有相變材料應(yīng)用的量還不大，所以回收利用的問題暫時不突出。然而，如果能夠有環(huán)保的循環(huán)利用模式以處理劣化的相變材料以規(guī)避污染，那么會大幅加快相變材料的推廣速度。

溶膠或溶液中的膠體粒子或高分子在一定條件下互相連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)空隙中充滿了作為分散介質(zhì)的液體，這樣一種特殊的分散體系稱作凝膠。二氧化硅凝膠是最常見的一種無機(jī)物凝膠，孔隙大小往往為介孔 (2-50nm)，具有很好的耐候性。若分散的介質(zhì)變?yōu)樗消}，形成一種固凝膠，完全可以起到納米包裝(nano-encapsulation)的作用以避免相分離，而且可以在納米尺度上均勻分散成核劑。而且凝膠具有很強(qiáng)的吸附特性，相變材料融化之后的液體也很難大量滲出凝膠，不需要增稠劑，也可避免材料泄露。因此，二氧化硅凝膠是一種理想的載體以負(fù)載水合鹽相變材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種負(fù)載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠的制備方法，該方法工藝簡單，操作性強(qiáng)，成本低，可回收，是未來應(yīng)用相變材料的方向。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：先將無機(jī)酸和硅酸鹽溶液、膠體或濁液生成硅溶膠，或直接使用以水為分散劑的低鹽硅溶膠；然后制作鹽的水溶液，同時加入成核劑、導(dǎo)熱劑，并充分分散，形成混合液；將硅溶膠倒入上述混合液，再通過調(diào)節(jié)混合液的pH，使混合液凝膠；對凝膠控溫干燥；劣化的負(fù)載水合鹽相變儲能材料的二氧化硅凝膠可通過強(qiáng)堿溶解納米二氧化硅骨架，回收相變材料。

根據(jù)本發(fā)明，無機(jī)酸包括硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、氫溴酸、氯酸。根據(jù)本發(fā)明，硅酸鹽包括硅酸鈉(Na₂O·mSiO₂)、硅酸鋰(LiO₂·mSiO₂)、硅酸鉀(KO₂·mSiO₂)、硅酸鈣、硅酸鎂、硅酸鋅、硅酸鐵、硅酸錳、硅酸鋁。將無機(jī)鹽和硅酸鹽溶液或濁液混合之后便可得到含有二氧化硅和鹽的溶膠。若溶膠中含有的鹽為所需要的相變材料的無水物，那么就可以避免脫鹽這一道工序，節(jié)約成本。否則還需要通過離子交換樹脂等手段脫鹽或外購硅溶膠，才能獲取低鹽硅溶膠進(jìn)行后續(xù)步驟。