一种复合相变材料缠绕的生物质储能基材的制作方法

本发明涉及一种复合相变材料缠绕的生物质储能基材，属于新型环保建材领域。

背景技术：

1、随着能源需求的日益增长和环保意识的不断提高，可再生能源和储能技术受到了广泛关注。生物质能源作为一种可再生的清洁能源，具有广阔的应用前景。然而，生物质能源的利用过程中存在能量密度低、储能密度不足等问题，因此需要发展高效的储能技术来提高其能量利用效率和储能密度。复合相变材料（composite phase change materials，简称cpccms）作为一种新型的储能材料，具有较高的储能密度和良好的储能稳定性，被广泛应用于储能领域。将复合相变材料与生物质基材相结合，制备出一种复合相变材料缠绕的生物质储能基材，可以提高生物质能源的储能效率和储能密度，且能实现相变材料与生物质纤维的紧密结合，提高板材温控性能同时，大幅度降低相变材料的泄漏量，延长隔热板材控温功能的耐久性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种复合相变材料缠绕的生物质储能基材的制备工艺。

2、本发明提供一种复合相变材料缠绕的生物质储能基材的制备工艺，具体包含以下步骤：

3、步骤（1）生物质原料的预处理

4、s11取适量木粉进行破碎，然后进行筛分得到一定粒径的生物质颗粒；

5、s12将生物质颗粒与适量水充分混合，然后加入一定的柠檬酸和草酸进行预处理，处理后干燥一段时间，获得预处理后的生物质原料；

6、步骤（2）生物质原料的热解炭化

7、s21取预处理后的生物质颗粒，加入适量氯化铁并充分搅拌；

8、s22在搅拌后的混合体系中，加入适量硅石，并继续搅拌一段时间后静置；

9、s23将加入硅石后的混合体系在一定温度、压力下进行热解炭化得到生物质基材；

10、步骤（3）相变材料的合成

11、s31将适量十二醇和羧酸进行混合；

12、s32加入适量的催化剂硫酸，加热反应；

13、s33反应结束后，冷却至室温，加入适量的氢氧化钠溶液，使其中和，然后用氯仿进行萃取，得到月桂酸酯；

14、s34将月桂酸酯与氢氧化钠水溶液混合，加热至回流反应，生成月桂酸钠和醇，待反应结束后，缓慢冷却至室温，用适量盐酸酸化，得到月桂酸沉淀；

15、s35使用乙醇溶液清洗月桂酸沉淀，然后干燥得到月桂酸；

16、步骤（4）溶液浸渍

17、将生物质基材浸入适量月桂酸中，不断搅拌，使其充分接触，并保持一段时间，充分反应后去除多余的月桂酸得到复合相变材料；

18、步骤（5）缠绕成型

19、将制备好的复合相变材料缠绕在生物质基材上，通过冷压成型，制备出具有一定形状和尺寸的生物质储能基材；

20、步骤（6）生物质储能基材的表面处理

21、对相变缠绕生物质储能基材首先进行一定的清洁，然后使用适量烷基葡糖苷和乙烯基三乙氧基硅烷作为表面活性剂，进行表面活性处理，之后使用纳米石墨烯进行表面涂覆处理，之后在一定条件下进行固化处理得到相变缠绕生物质储能基材。

22、作为优选，步骤（1）生物质原料的预处理包含s11取100~140g木粉进行破碎，然后进行筛分得到120~150目的生物质颗粒；s12将生物质颗粒与150~200ml水充分混合，然后加入10~15ml柠檬酸和10~15ml草酸进行预处理，处理后干燥2~4h，获得预处理后的生物质原料。

23、本方法中，通过破碎筛分处理，将大块的木粉破碎成小颗粒，方便后续的加工和混合，且通过筛分，可以将木粉颗粒大小控制在一定的范围内，以满足后续工艺的要求。这有助于确保制备出的储能基材具有均匀的粒度和良好的性能。在预处理中，加入草酸是一种有机酸，具有中强酸的性质，可以与钙离子形成草酸钙沉淀，从而去除基材中的钙离子，提高基材的孔隙率和吸附性能。此外，草酸还可以去除基材中的一些杂质和色素，进一步改善基材的表面性质。草酸的优点在于其去除钙离子的效果较好，且在处理过程中不会引入新的杂质离子，对基材的损伤也较小。而柠檬酸是一种天然有机酸，具有较好的络合能力和金属离子螯合能力，可以与多种金属离子发生络合反应，从而去除基材中的金属离子和杂质。此外，柠檬酸还具有较好的抗氧化性能和杀菌性能，可以延长基材的保存期和提高基材的稳定性。柠檬酸的优点在于其可以同时去除多种金属离子，且在处理过程中不会对基材造成过度腐蚀或破坏，同时还有一定的抗氧化和杀菌作用。通过草酸和柠檬酸的预处理，还可以改变木粉的表面官能团，从而提高木粉与复合相变材料的结合能力和相容性。

24、作为优选，步骤（2）生物质原料的热解炭化包含s21取30~60g生物质颗粒，加入10~16g的氯化铁并充分搅拌30~60min；s22在搅拌后的混合体系中，加入8~14g硅石，并继续搅拌30~60min后静置2~4h；s23将加入硅石后的混合体系在400~460℃、1~1.5个大气压下进行热解炭化得到生物质基材。

25、本方法中，在生物质原料的热解炭化时创造性的加入氯化铁作为催化剂，能够有效促进炭化进程，提高炭化效率，氯化铁可以影响炭的孔结构和比表面积等性质，从而调节炭的物理和化学性能，有助于提高储能基材的性能。同时，还加入了硅石，硅石的加入可以提高生物质基材的热稳定性，使其在高温下不易分解或烧失；硅石的加入还可以增强基材的力学性能，提高其抗压和抗冲击能力。而且硅石可以与相变材料发生相互作用，提高相变材料在基材中的稳定性，从而延长储能基材的使用寿命。

26、作为优选，步骤（3）相变材料的合成包含s31将10~16g十二醇和10~16g羧酸进行混合；s32加入15~20ml催化剂硫酸，加热至60~80℃进行回流反应6~8h；s33反应结束后，冷却至室温，加入15~20ml氢氧化钠溶液，使其中和，然后用20~26ml氯仿进行萃取，得到月桂酸酯；s34将月桂酸酯与10~16ml氢氧化钠水溶液混合，加热至60~80℃进行回流反应，生成月桂酸钠和醇，待反应结束后，缓慢冷却至室温，用10~16ml盐酸酸化，得到月桂酸沉淀；s35使用30~40ml乙醇溶液清洗月桂酸沉淀，然后干燥得到月桂酸。

27、本方法中，使用月桂酸作为复合相变材料缠绕的生物质储能基材制备过程中的相变材料，月桂酸作为一种有机相变材料，具有较高的储能密度，可以有效地提高储能基材的整体储能密度。月桂酸在相变过程中表现出良好的热稳定性，可以在较宽的温度范围内稳定地进行相变储能和放能。而且月桂酸具有较好的化学稳定性，不易与其他物质发生化学反应，可以保证储能基材的长期稳定性和可靠性。月桂酸与其他生物质原料和复合相变材料具有良好的相容性，可以保证制备出的储能基材具有均匀的物相和良好的性能。

28、作为优选，步骤（4）溶液浸渍包括取10~16g生物质基材浸入10~16g月桂酸中，不断搅拌30~60min，使其充分接触，并保持反应1~2h，充分反应后去除多余的月桂酸得到复合相变材料。

29、本方法中，通过使用月桂酸对生物质基材进行充分的浸渍，使其两者充分接触，通过浸渍处理，可以将相变材料均匀地分散在生物质基材中，从而提高基材的相变性能。浸渍处理可以改变基材的孔结构和比表面积等性质，从而提高基材的热稳定性，而且浸渍处理可以改善基材的抗氧化性能，从而提高储能基材的稳定性和寿命，在浸渍处理过程中还可以改变基材的内部结构，增强其力学性能，如抗压和抗冲击能力。通过浸渍处理将相变材料引入生物质基材的过程中，相变材料与基材发生相互作用，影响其内部的氢键结构，并且在基材中形成有效的氢键网络，提高复合相变材料储能基材的热学性能和稳定性。

30、作为优选，步骤（5）缠绕成型将制备好的复合相变材料缠绕在10~20g生物质基材上，通过60~100℃、10~20mpa、成型时间15~30min进行冷压成型，制备出具有一定形状和尺寸的生物质储能基材。

31、本方法中，通过缠绕成型，可以使得复合材料具有更高的比强度和比刚度。在缠绕成型过程中使用冷压成型的方式能够使材料在较低的温度下发生塑性变形，从而提高材料的致密度，减少孔隙率，增强基材的结构稳定性，还可以增加材料内部原子或分子的排列有序性，从而提高材料的力学性能，如强度、刚度和耐久性，并且冷压成型通常不需要加热和冷却过程，因此可以简化生产流程，缩短生产周期，提高生产效率。

32、作为优选，步骤（6）生物质储能基材的表面处理包括对相变缠绕生物质储能基材首先进行一定的清洁，然后使用3~9g烷基葡糖苷和1~4g乙烯基三乙氧基硅烷作为表面活性剂，进行表面活性处理，之后使用2~5g纳米石墨烯进行表面涂覆处理，之后在100~140℃下固化20~30min处理得到相变缠绕生物质储能基材。

33、本方法中，创造性的使用了烷基葡糖苷可作为表面活性剂降低界面张力，提高相变材料与其他材料之间的界面活性，从而提高相容性和附着力。而且通过表面活性剂的作用，可以在材料表面形成一层稳定、均匀的界面层，有助于防止相变材料从基材上脱落或渗漏。而且同时加入的乙烯基三乙氧基硅烷可以与基材表面发生反应，形成化学键合，从而提高基材与相变材料之间的界面结合力。这有助于提高相变材料的分散性和稳定性，减少材料脱落和界面分离的现象。乙烯基三乙氧基硅烷具有较好的粘附性，可以改善基材表面的润湿性和粘附性，使相变材料更好地附着在基材上。这有助于提高复合相变材料缠绕的生物质储能基材的使用寿命和稳定性。乙烯基三乙氧基硅烷可以与多种有机和无机材料发生反应，提高基材与相变材料之间的相容性。这有助于减少界面间的应力集中和裂纹扩展，提高复合相变材料缠绕的生物质储能基材的抗裂纹性和耐冲击性。在生物质储能基材表面涂覆纳米石墨烯，因纳米石墨烯具有极高的导热性能，将其涂覆在材料表面，可以显著提高复合相变材料缠绕的生物质储能基材的导热性能，从而提高储能基材的热效率；纳米石墨烯的加入可以增加相变材料的储能密度，提高储能基材的整体储能性能。纳米石墨烯具有卓越的力学性能，如高强度和韧性，将其涂覆在基材表面可以增强基材的力学性能，提高其抗冲击和抗压的能力。纳米石墨烯与相变材料和其他组分之间具有良好的相容性，可以确保制备出的储能基材具有均匀的物相和良好的性能。

34、本发明制备的复合相变材料缠绕的生物质储能基材具有高效储能、节能环保等优点，具有非常灵活的应用场景。