[發明專利]一種具有光熱轉化效應的高潛熱值相變微膠囊及其制備方法

在審

• 申請號: 202110841047.0
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113663615A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張希;陳中華;嚴玉蓉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J13/18
• 分類號: B01J13/18;C09K5/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明涉及一種具有光熱轉化效應的高潛熱值相變微膠囊及其制備方法。該方法為：在合適的pH值和攪拌速度下，將提前制備的改性碳納米材料摻雜壁材預聚體溶液緩慢滴加入相變材料乳液中，然后升高體系的反應溫度，預聚體進一步發生交聯聚合反應，逐漸形成微膠囊的壁材，最后反應得到的懸浮液經過抽濾、洗滌、干燥等步驟，即可獲得改性碳納米材料摻雜相變微膠囊粉末。本發明采用原位聚合方法在實現高潛熱值的儲熱性能同時，通過摻雜兼具較好的分散性和相容性的改性碳納米材料，不僅提高了相變微膠囊的導熱率，而且賦予了其顯著的光熱轉化效應。這為相變微膠囊能廣泛應用于太陽能存儲和溫度調控等領域提供了一種行之有效的方法。

技術領域

本發明屬于潛熱儲能材料技術領域，更具體地，涉及一種具有光熱轉化效應的高潛熱值相變微膠囊及其制備方法。

背景技術

太陽能作為一種清潔的可再生能源，具有分布普遍、無毒無害、安全可靠、儲量豐富等顯著的優點，被認為最具有發展潛力和應用價值的理想能源之一。但由于受到地域、氣候、季節、晝夜等自然條件的影響，太陽能難以做到連續和穩定地輸出，從而導致其在使用過程中的能量利用效率較低。如果能使用潛熱儲能技術將豐富的太陽能轉化為高品質熱能儲存起來，然后在其輻照強度不足或生活生產需要時再釋放出來，則可以有效地提高能源的利用效率，而且解決了能源在時間和空間上分布和供需的不均衡問題。

潛熱儲能技術是一種基于相變材料在發生相態轉變時能夠吸收或釋放潛熱的技術，具有儲熱密度大、儲熱過程溫度波動小、熱存儲效率高、儲能系統設計靈活等優點，是目前研發和應用最多的熱能儲存方式。相變材料(Phase Change Materials)是一種可靠高效的儲熱物質，其在相態發生轉變過程中伴隨著大量熱能的吸收和釋放，而且體系溫度幾乎維持恒定，已被廣泛應用于太陽能存儲、建筑節能、工業廢熱回收、紡織物控溫、電子設備散熱等領域。目前主要被研究的相變材料是“固-液”轉變類型的，即在環境溫度高于相變溫度時，相變材料吸收熱量由固態轉變為液態，反之在低于相變溫度下，相變材料可逆地由液態轉變為固態，并釋放熱量。根據化學組成的不同，“固-液”相變材料可以分為有機相變材料、無機相變材料、共熔體相變材料等。其中，有機相變材料如石蠟、脂肪醇、脂肪酸、脂肪酸酯、聚乙二醇等具有高的熱存儲密度、不易出現過冷、沒有相分離現象、相變溫度適宜、無毒低腐蝕性、化學性質穩定、材料來源豐富等優勢，但在直接的使用過程中，仍然存在熔融狀態易泄露、導熱率普遍較低、熱循環過程易損失、燃燒危險性等問題。為了有效地增強有機相變材料的實用性和安全性，越來越多的研究學者采用微膠囊化技術，以致密性良好的聚合物為壁材包封有機相變材料于微小膠囊內，從而合成具有“核-殼”結構的相變微膠囊材料。在穩定的聚合物殼層保護下，有機相變材料難以發生泄漏污染，也避免了與復雜環境的直接接觸，因此其熱穩定性和循環使用壽命都得到了極大改善。還有在微膠囊化之后，相變材料的比表面積增大，有利于相變潛熱的快速儲存和轉化，從而有效提高了相變材料的儲熱效率。

然而，有機相變芯材和聚合物壁材通常自身都存在導熱系數低和光吸收能力差等缺點，難以高效快速地吸收太陽能進而轉化為熱能儲存，這在很大程度上限制了有機相變微膠囊在太陽能熱儲存領域中的應用和發展。因此，在微膠囊化技術的基礎上，需要繼續強化有機相變微膠囊材料的熱傳輸速率、光吸收能力、光熱轉化效率等性能，同時也要維持其相變潛熱值在較高的水平，才能實現更高的熱能儲存效率。可見，研發一種兼具光熱轉換效應和導熱增強的高潛熱值相變微膠囊對有機相變材料在太陽能熱存儲領域的實際應用和推廣具有重要的意義。

發明內容

針對目前相變材料應用于太陽能熱存儲領域中存在的不足，本發明提供了一種具有光熱轉化效應的高潛熱值相變微膠囊及其制備方法。本發明一方面，以高熱焓值的有機相變材料為芯材，通過優化反應條件，提高相變材料在微膠囊中的包封效率，從而增加相變微膠囊的儲能密度；另一方面，在微膠囊的合成過程中，引入相容性和分散性良好的改性碳納米材料，不僅提高了相變微膠囊的熱傳輸速率，而且也賦予了其優異的光吸收能力，強化了光熱轉化過程。因此，本發明所述的制備方法在整體上高效地提高了有機相變微膠囊的儲熱密度、導熱率、光熱轉化性能，增強了其在太陽能熱存儲領域中的實用性。