一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料及其制备方法

本发明涉及低温余热回收，具体涉及一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着冶金行业产生的低温余热的持续增加，将低温余热资源回收再利用就显得尤为重要，因此余热资源的利用和储存被视为一种节约能源和可持续发展的关键技术。目前冶金行业低温余热的利用率很低，仅为0.6％。采用相变材料回收和利用低温余热是一种非常理想的选择，这是由于相变材料在相转变过程中能够进行热量的吸收和释放，因此在低温余热的利用方面具有很大的潜力，并且相变材料已广泛地应用到诸多领域，例如工业余热的回收，电子设备的热管理以及可以调剂温度的建筑材料等等。所以制备出用于低温余热回收利用的综合热性能良好的复合相变材料，是目前解决低温余热资源回收利用的最有效的技术手段。

2、目前，随着研究的深入，制备出的低温复合相转变材料的性能也越来越好。而复合相转变材料的研究思路就是将相变材料封装在多孔支撑材料中或者封装在微胶囊中，从而来改善单一相变材料的导热性和泄露问题。但是目前很多复合相转变材料基本都采用合成和现有的多孔支撑材料，其比表面积较小，导致有机相变材料负载率低，导热性能差，不利于低温余热资源的回收。

技术实现思路

1、本发明提供了一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料及其制备方法，以解决现有技术中复合相转变材料比表面积小，有机相变材料负载率低，导热性差的技术问题。

2、为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料，包括类石墨烯结构的柚子皮粉、纯化多壁碳纳米管和有机相变材料，所述纯化多壁碳纳米管和有机相变材料填充于所述类石墨烯结构的柚子皮粉的孔隙结构中。类石墨烯结构的柚子皮粉具有丰富的三维网状架构，将纯化多壁碳纳米管填充于其空隙中能够很好的提高相变过程中的热传导效率。

4、一种基于前文所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，包括以下步骤；

5、s1、取柚子皮的软白部分，在-50～-45℃冷冻干燥，冷冻的时间为24-48h，碾磨成柚子皮粉备用；使用的是柚子皮的软白部分，不包含黄色外皮，因为柚子皮的软白部分孔洞丰富且均匀，而且可利用部分多。

6、s2、将所述柚子皮粉放入溶质体积浓度为10-13wt％(需要解释的是这里的溶质体积浓度指的是过氧化氢和乙酸与去离子水混合后，过氧化氢和乙酸二者的体积占混合液总体积的百分比)的过氧化氢和乙酸的混合溶液中浸泡，hac/h2o2的摩尔比为1:1.5-1.8，常温磁力搅拌后，放入反应釜中进行反应，在130-145℃，反应2-3h，反应完成后将悬浊液用去离子水离心洗涤直至ph为中性，冷冻干燥后得到类石墨烯结构的柚子皮粉；

7、s3、将多壁碳纳米管放入混酸溶液中，混酸溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3-3.5:1，然后进行搅拌，将搅拌均匀的悬浊液静置10h，静置完后加入适量的去离子水浸泡12h，然后进行抽滤处理，并在抽滤的过程中用去离子水洗成中性，最后用无水乙醇进行洗涤，并进行干燥处理，得到纯化多壁碳纳米管；

8、s4、将纯化多壁碳纳米管加入水中超声分散20-30min后得到纯化多壁碳纳米管分散液，加入所述类石墨烯结构的柚子皮粉，80-85℃下加热搅拌2-3h，得到预混溶液，预混溶液中溶质质量浓度为2.2-3.4mg/ml(需要解释的是这里的溶质质量浓度为纯化多壁碳纳米管和类石墨烯结构的柚子皮粉加水混合后，二者的质量之和占混悬液总质量的比)，且类石墨烯结构的柚子皮粉和纯化多壁碳纳米管的质量比为60：6-42；将所述预混溶液放入反应釜进行水热反应，反应温度为200-210℃，时间为6-8h，得到杂化水凝胶；

9、s5、将所述杂化水凝胶在-50～-45℃下冷冻干燥24-48h，得到pgo-pmwcnts纳米复合材料；

10、s6、将pgo-pmwcnts纳米复合材料放入融化的有机相变材料中浸渍，浸渍时的温度为80-85℃，浸渍的时间为2-3h，干燥后得到类石墨烯结构柚子皮相变储能材料。

11、本发明中以柚子皮为架构原材料，通过乙酸和过氧化氢的作用，将柚子皮处理成类石墨烯结构封装材料，然后掺加入多壁碳纳米管改善其导热性能，最后与有机相变材料复合制备出复合相转变材料。本发明中的柚子皮处理剂是过氧化氢与乙酸的混合液，该混合液不仅能够对柚子皮进行表面改性，还能对柚子皮的孔壁进行减薄和穿孔。

12、hac可以促进纤维素水解成低聚糖，从而达到减薄壁厚的作用。h2o2的过氧氢离子(hoo-)的氧化作用，可以改变木质素的发色基团，降解木质素，从而达到穿孔的作用。减薄和穿孔能够增加类石墨烯结构封装材料结构中连通孔的数量，增强其自身的比表面能。

13、将纯化后的多壁碳纳米管与类石墨烯结构的柚子皮粉混合后，纯化多壁碳纳米管能够填充到类石墨烯结构的柚子皮粉的孔洞结构中，并进行交联，形成气凝胶，具备三维网状空间结构。在这个过程中因为类石墨烯结构的柚子皮粉内部有较多连通的孔洞，所以纯化多壁碳纳米管能够有更多的机会插入其内部结构中，碳纳米管可以随意穿插在各个孔洞之间和附着于网状结构表面，从而可以大幅提高导热和光热转换性能。同时“连通的孔洞结构”也能够在一定程度上对纯化多壁碳纳米管的位置进行约束，避免相变过程中相变复合材料结构不稳定的现象。二者混合后得到的产物为三维多孔骨架结构的pgo-pmwcnts-10载体，为有机相变材料(如十六胺)的储存提供了更多的空间，制备出的复合相变材料具有很好的潜热，热传导能力。

14、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

15、本发明的相变储能材料导热性能好，结构稳定。本发明的制备方法中通过乙酸和过氧化氢的作用，将柚子皮处理成具有类石墨烯结构的封装材料，然后掺入多壁碳纳米管改善其导热性能，形成气凝胶，制造三维多孔网状结构，最后与有机相变材料复合制备出复合相转变材料。该方法制备的相变储能材料的支撑结构比表面积大，附着位点多，能够负载更多的有机相变材料，提高有机相变材料的负载率。

技术特征：

1.一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料，其特征在于，包括类石墨烯结构的柚子皮粉、纯化多壁碳纳米管和有机相变材料，所述纯化多壁碳纳米管和有机相变材料填充于所述类石墨烯结构的柚子皮粉的孔隙结构中。

2.一种基于权利要求1所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

3.根据权利要求2所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s1和s5中所述冷冻干燥的冷冻温度均为-50～-45℃，冷冻的时间均为24-48h。

4.根据权利要求2所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s2中的混合溶液中过氧化氢和乙酸的摩尔比为1:1.5-1.8。

5.根据权利要求4所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s2中的混合溶液中的溶质体积浓度为10-13％。

6.根据权利要求5所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s2中所述柚子皮预处理的温度为130-145℃，时间为2-3h。

7.根据权利要求2所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s3中所述混酸溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3-3.5:1。

8.根据权利要求2所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s4中所述水热反应的温度为200-210℃，时间为6-8h。

9.根据权利要求2所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s4中所述预混溶液的溶质质量浓度为2.2-3.4mg/ml。

10.根据权利要求9所述的类石墨烯结构柚子皮相变储能材料的制备方法，其特征在于，s4中预混溶液中类石墨烯结构的柚子皮粉和纯化多壁碳纳米管的质量比为60：6-42。

技术总结本发明提供一种类石墨烯结构柚子皮相变储能材料及其制备方法，涉及低温余热回收技术领域，本发明的相变储能材料包括类石墨烯结构的柚子皮粉、纯化多壁碳纳米管和有机相变材料。本发明还提供一种制备方法，包括以下步骤；柚子皮粉预处理，得到类石墨烯结构的柚子皮粉；将纯化多壁碳纳米管、类石墨烯结构的柚子皮粉混合，水热反应，得到杂化水凝胶，干燥后，得到纳米复合材料；将纳米复合材料放入有机相变材料中浸渍，干燥后得到类石墨烯结构柚子皮相变储能材料。本发明的相变储能材料导热性能好，结构稳定，且制备的相变储能材料的支撑结构比表面积大，附着位点多，能提高有机相变材料的负载率。技术研发人员：姜丽丽,马晓旭,于海涛,卢正彪,樊珈铭受保护的技术使用者：兰州理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19