[發明專利]一種以氟化鈣為壁材的微膠囊相變材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110379322.1
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113088261B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 曾巨瀾;胡萍;馮揚;李琦;曹忠
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;B01J13/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種以氟化鈣為壁材的微膠囊相變材料及其制備方法。微膠囊相變材料由氟化鈣壁材包裹相變儲熱芯材構成，其制備方法是將相變儲熱芯材分散至含有表面活性劑水溶液中，通過均質處理，形成乳液，維持溫度在40～70℃的條件下，在乳液中先加入鈣鹽溶液，攪拌均勻，再加入檸檬酸鈉和/或EDTA與含氟水溶液，攪拌反應，即得氟化鈣微膠囊相變材料。該氟化鈣微膠囊相變材料具有良好的定形性能和蓄熱能力，且提高了相變材料的熱穩定性；同時該方法還能夠以含氟廢水為氟源，可實現含氟廢水的資源化回收利用，有利于環保并產生較高的經濟價值。

技術領域

本發明涉及一種相變材料及其制備方法，特別涉及一種氟化鈣微膠囊相變材料，還涉及一種利用含氟廢水為氟源制備氟化鈣微膠囊相變材料的方法，屬于相變材料技術領域。

背景技術

隨著傳統化石燃料的枯竭和溫室氣體排放量的增加，有效利用可再生能源的技術已成為人們關注的焦點，尤其是熱能存儲在有效利用可再生能源中起著至關重要的作用。由于相變儲熱材料通過材料發生相轉變可以在似恒溫的條件吸收或放出大量潛熱，能解決能量供給側和用戶側在能量需求時間與空間上的不匹配，因而受到廣泛關注。

但是，單一固-液相變材料存在易泄露的缺陷，而對其微囊化是有效解決相變材料易泄露的方法，且微囊化還能夠增強相變材料的比表面積以利于熱擴散。作為微膠囊相變材料的無機壁材料的選擇并不多，目前已有報導的包括CaCO₃、SiO₂、ZnO等。Fang GY等人(Chem.Eng.J.2010,163(1-2),154-159.)報道了運用溶膠-凝膠法合成了以石蠟為核，SiO₂為殼的微膠囊相變材料，并發現由于SiO₂殼的包覆而改善了微膠囊的熱穩定性；LatibariS T等人(Energy 2013,61,664-672.)報道了通過溶膠-凝膠法成功合成了以棕櫚酸為核，SiO₂為殼的相變材料納米微膠囊。盡管附著的SiO₂可以顯著改善相變材料的性能，但外殼仍然具有較差的機械性能，并且微膠囊容易損壞。此外，在微囊化相變材料的工業化生產中，四乙氧基硅烷(TEOS)作為一種二氧化硅前體是不經濟的。對于上述問題，尋找新的無機殼對于相變材料的微囊化具有重要意義。Wang T Y等人(Appl.Energy 2016,171,113-119.)報道了通過自組裝法制備了帶有CaCO₃殼和基于石蠟的RT 28和RT 42二元核的微膠囊相變材料，并發現合成的微膠囊具有良好的機械強度和理想的傳熱性能。同樣，Yu S Y等人(Appl.Energy 2014,114,632-643.)報道了用相同組裝技術制備了以正十八烷為核，CaCO₃為壁材的微膠囊相變材料，并得出結論：合成的微膠囊相變材料具有優異的導熱性，抗滲透性和使用壽命。其中CaCO₃壁材是依靠于CaCl₂溶液與Na₂CO₃溶液在穩定乳液表面進行沉淀反應形成的，來源依然是化學試劑。綜上所述，現有技術中的微囊化相變材料存在原料成本高，且壁材料機械性能差等技術問題。

此外，氟是一種人體所需微量元素。但是，當攝入的氟濃度超出一定范圍后，對人體和動植物都會帶來不良影響甚至危害。過量的氟會抑制酶的代謝，尤其破壞鈣、磷的正常代謝，造成鈣的沉積和血鈣減少。當攝入氟濃度超過1mg/L，易患氟斑牙病，造成牙齒表面色素沉積最終導致脫落；當氟濃度達到3～8mg/L時，會引起氟骨病導致骨質硬化；若每天攝入的氟高于50mg/L，會引起氟中毒，阻礙身體發育甚至造成快速死亡。動物受氟的影響與人體受氟影響的機理相似。對植物而言，當氟含量過髙時會使植物的活化酶失效并抑制胚芽生長，造成植物光合組織受傷、葉片壞死等。而對于現有技術中的含氟廢水的處理方法有化學沉淀、絮凝沉淀和吸附法三種，但這些方法都將產生的大量的含氟廢棄污泥，且進一步的處理難度極大，成本高。

發明內容