一种膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料及其制备方法和应用

本发明涉及相变控温，具体涉及一种膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、相变材料(pcm)是一种在自身温度不变的情况下可以通过相态的改变来提供潜热的物质，其在相变过程中可以吸收/释放大量的热，基于相变材料的热能储存系统在余热回收领域具有非常广阔的应用前景。

2、相变式蓄热器具有较高的储热密度，在工业余热回收领域备受青睐。潜热储存介质是相变式蓄热器的关键组成部分，开发出工作温度范围为50℃～80℃的高效潜热储存介质可以大幅提高相变式蓄热器的应用范围。无机相变材料具有价格低廉、不易燃、安全等优势，在相变式蓄热器领域具有很好的应用前景。然而，无机相变材料的导热性能较差，且循环稳定性不佳，其在使用过程中存在传热效率低下的问题，难以完全满足实际应用要求。

3、因此，开发一种导热性能好、循环稳定性好的无机相变材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料，其组成包括载体膨胀石墨和负载的水合无机盐相变材料；所述水合无机盐相变材料的组成包括十二水合硫酸铝钾、尿素、增稠剂和成核剂。

4、优选地，所述膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料中膨胀石墨的质量百分含量为10％～40％。

5、优选地，所述十二水合硫酸铝钾、尿素的质量比为4～14:1。

6、优选地，所述增稠剂的质量为十二水合硫酸铝钾和尿素的总质量的0.8％～1.2％。

7、优选地，所述成核剂的质量为十二水合硫酸铝钾和尿素的总质量的2.5％～3.5％。

8、优选地，所述膨胀石墨呈粉状，粒径为250μm～420μm，体积膨胀倍数为200倍～300倍。

9、优选地，所述增稠剂为黄原胶、羧甲基纤维素钠中的至少一种。

10、进一步优选地，所述增稠剂为黄原胶。

11、优选地，所述成核剂为六水硫酸镍、氯化锶、氟化钙中的至少一种。

12、进一步优选地，所述成核剂为六水硫酸镍。

13、一种如上所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料的制备方法包括以下步骤：

14、1)将十二水合硫酸铝钾和尿素混合后加热搅拌至熔化，再进行超声，得到相变材料混合物；

15、2)将增稠剂和成核剂加入相变材料混合物中，再加热搅拌至熔化，再进行超声，得到水合无机盐相变材料；

16、3)将膨胀石墨和水合无机盐相变材料混合，再加热搅拌均匀，即得膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料。

17、优选地，步骤1)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行。

18、优选地，步骤1)所述超声的时间为10min～15min。

19、优选地，步骤2)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行。

20、优选地，步骤2)所述超声的时间为10min～15min。

21、优选地，步骤3)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行。

22、一种相变式蓄热器，其包含上述膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料。

23、一种如上所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料在工业余热回收领域的应用。

24、本发明的有益效果是：本发明的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料具有过冷度小、无相分离现象、导热系数大、循环稳定性好等优点，且其制备方法简单、生产成本低，适合在工业余热回收领域进行大规模工业化应用。

25、具体来说：

26、1)本发明的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料的过冷度仅0℃～2℃，无相分离现象，且经历200次循环后相变潜热未出现明显下降，循环稳定性好；

27、2)本发明的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料中添加有膨胀石墨，其比表面积较大、孔结构丰富，可以吸收数倍自身重量的相变材料，不仅可以使复合相变材料不易出现相分离，而且还可以显著提高复合相变材料的导热性；

28、3)本发明的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料中的水合无机盐相变材料(主要成分为十二水合硫酸铝钾和尿素)的相变温度为56℃～78℃，膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料的相变潜热为85j/g～170j/g，热导率为6.5w/(m·k)～13.5w/(m·k)，完全可以满足在工业余热回收领域的实际应用要求；

29、4)本发明的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料适合用作相变式蓄热器的储热填料，可以有效降低工业能耗，提高能源利用率，减少碳排放。

技术特征：

1.一种膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料，其特征在于，组成包括载体膨胀石墨和负载的水合无机盐相变材料；所述水合无机盐相变材料的组成包括十二水合硫酸铝钾、尿素、增稠剂和成核剂。

2.根据权利要求1所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料，其特征在于：所述膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料中膨胀石墨的质量百分含量为10％～40％；所述十二水合硫酸铝钾、尿素的质量比为4～14:1；所述增稠剂的质量为十二水合硫酸铝钾和尿素的总质量的0.8％～1.2％；所述成核剂的质量为十二水合硫酸铝钾和尿素的总质量的2.5％～3.5％。

3.根据权利要求1或2所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料，其特征在于：所述膨胀石墨呈粉状，粒径为250μm～420μm，体积膨胀倍数为200倍～300倍。

4.根据权利要求1或2所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料，其特征在于：所述增稠剂为黄原胶、羧甲基纤维素钠中的至少一种；所述成核剂为六水硫酸镍、氯化锶、氟化钙中的至少一种。

5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行；步骤1)所述超声的时间为10min～15min。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行；步骤2)所述超声的时间为10min～15min。

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述加热搅拌在温度为90℃～97℃的条件下进行。

9.一种相变式蓄热器，其特征在于，包含权利要求1～4中任意一项所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料。

10.一种如权利要求1～4中任意一项所述的膨胀石墨-水合无机盐复合相变材料在工业余热回收领域的应用。

技术总结本发明公开了一种膨胀石墨‑水合无机盐复合相变材料及其制备方法和应用。本发明的膨胀石墨‑水合无机盐复合相变材料的组成包括载体膨胀石墨和负载的水合无机盐相变材料，水合无机盐相变材料的组成包括十二水合硫酸铝钾、尿素、增稠剂和成核剂。本发明的膨胀石墨‑水合无机盐复合相变材料的制备方法包括以下步骤：1)制备相变材料混合物；2)制备水合无机盐相变材料；3)膨胀石墨负载水合无机盐相变材料。本发明的膨胀石墨‑水合无机盐复合相变材料具有过冷度小、无相分离现象、导热系数大、循环稳定性好等优点，且其制备方法简单、生产成本低，适合在工业余热回收领域进行大规模工业化应用。技术研发人员：高学农,沈源东受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16