一种硅藻土基定型复合相变储热材料及其制备方法

本发明涉及相变材料，具体而言，涉及一种硅藻土基定型复合相变储热材料及其新型制备方法。

背景技术：

1、能源是人类赖以生存和发展的基础，随着科学技术的快速发展，人们对能源的需求日益增加。全球大规模的能源消耗导致了能源危机，气候变化以及严重的环境污染。因此，探索和应用新型能源材料已经成为全球性重要课题。

2、新能源在应用过程中具有间歇性、波动性、能源不匹配的固有问题。相变储热系统是解决能源供需矛盾，提高能源利用效率的重要途径之一。熔融盐是被广泛研究和应用的一种相变材料，具有储热密度大、使用温度范围宽、成本低廉等优点，是一种极具应用前景的相变储能材料。其中一种二元共晶硝酸盐[nano3、kno3]，熔点为277.72℃，分解温度为600.23℃，可用于太阳能热利用以及工业余热回收领域，然而该二元硝酸盐在固-液转换时存在易泄露的问题，且传统的制备方法存在烧结温度高、烧结时间长等问题。因此研究一种硅藻土基定型复合相变储热材料基其新型制备方法具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种硅藻土基定型复合相变储热材料及其新型制备方法，以解决现有技术中盐基相变材料在固-液转换时易泄露的问题，并大大降低烧结过程时间和能源的消耗以及基盐在高温环境下与骨架材料发生化学反应的风险。

2、为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种复合相变材料，以质量百分比计，60％的二元共晶盐，40％的硅藻土以及在此比例的基础上另加3～15wt.％的烧结剂，压制成型；所述烧结剂为质量百分比浓度为6％的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液占二元共晶盐和硅藻土总重量的3～15wt.％。

3、根据本发明的另一方面，提供了一种上述复合相变材料的制备方法，该制备方法包括：步骤s1，将nano3和kno3按质量比进行精确称量，并通过高温熔融共晶法制备共晶的二元硝酸盐；步骤s2，将二元共晶盐与硅藻土精确称量并充分研磨混合；步骤s3，在二元共晶盐-硅藻土混合物中加入烧结剂并混合均匀；步骤s4，将上述混合材料进行冷烧结，得到复合相变材料。

4、上述步骤1中包括将nano3和kno3按质量比9：1进行称重，置于刚玉坩埚中。

5、进一步地，将上述刚玉坩埚放入马弗炉中以10℃/min的速度从25℃加热到320℃，并在320℃状态下加热10h后，将坩埚从炉中取出，自然冷却至室温，得到制备好的二元共晶盐。

6、进一步地，上述制备好的二元共晶盐在高速通用粉碎机中磨成30-50μm的细粉，硅藻土粒径为40μm。

7、进一步地，按质量比6：4精确称量二元共晶盐和硅藻土，然后将粉末在球磨机中充分混合1h，得到二元共晶盐-硅藻土混合物。

8、进一步地，用喷雾器在上述混合物中加入3～15wt.％的烧结剂即质量百分比浓度6％的氢氧化钠水溶液，并将样品放置到坩埚中混合20min。

9、进一步地，将混合粉末放入圆柱形热控模具中，并将热控模具放置在压力机下方，将温度升高至90～210℃，在50～300mpa的单轴压力下对样品进行成型和烧结，时间持续2～20min，得到圆柱形样品，优选得到直径为13mm，厚度为3-4mm的圆柱形样品。

10、进一步地，将样品自然冷却至环境温度后，即可得到复合相变材料。

11、应用本发明的技术方案：(1)首次证明了通过氢氧化钠溶液作为烧结剂的冷烧结工艺生产盐-硅藻土复合材料的可行性，并确定了烧结剂浓度、冷烧结温度、单轴压力和冷烧结时间这四种冷烧结参数的最佳值；(2)证明了硅藻土在冷烧结过程中形成了交联网络支撑结构，大部分液态盐被限制在硅藻土骨架结构中，可以有效解决二元硝酸盐相变时易泄露的问题；(3)与传统烧结方式相比，冷烧结制备复合相变材料大大降低了烧结过程中时间和能源的消耗以及基盐在高温环境下与骨架材料发生化学反应的风险；(4)以硝酸盐为研究对象，探索了一种硅藻土基复合相变材料的新型制备方法，这一方法的成功应用为后续进一步探索该技术在其他类型熔盐中的应用提供了思路。

技术特征：

1.一种硅藻土基定型复合相变储热材料，其特征在于，以质量百分比计，60％的二元共晶盐，40％的硅藻土以及在此比例的基础上另加3～15wt.％的烧结剂，压制成型；所述烧结剂为质量百分比浓度为6％的氢氧化钠水溶液，氢氧化钠水溶液占二元共晶盐和硅藻土总重量的3～15wt.％。

2.按照权利要求1所述的一种硅藻土基定型复合相变储热材料，其特征在于，二元共晶盐组成为：90wt.％的nano3和10wt.％的kno3。

3.权利要求1或2所述的一种硅藻土基定型复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s1中包括将nano3和kno3按质量比9：1进行称重，置于刚玉坩埚中。

5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，刚玉坩埚放入马弗炉中以10℃/min的速度从25℃加热到320℃，并在320℃状态下加热10h后，将坩埚从炉中取出，自然冷却至室温，得到制备好的二元共晶盐；

6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，按质量比6：4精确称量二元共晶盐和硅藻土，然后将粉末在球磨机中充分混合1h，得到二元共晶盐-硅藻土混合物。

7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，用喷雾器在上述混合物中加入3～15wt.％的烧结剂即质量百分比浓度6％的氢氧化钠水溶液，并将样品放置到坩埚中混合20min。

8.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，将混合粉末放入圆柱形热控模具中，并将热控模具放置在压力机下方，将温度升高至90～210℃，在50～300mpa的单轴压力下对样品进行成型和烧结，时间持续2～20min，得到圆柱形样品，优选得到直径为13mm，厚度为3-4mm的圆柱形样品；

技术总结一种硅藻土基定型复合相变储热材料及其制备方法，涉及相变材料技术领域。该复合材料由60wt.％的二元硝酸盐和40wt.％的硅藻土组成，并在此比例的基础上添加了3～15wt.％的烧结剂。通过氢氧化钠溶液作为烧结剂采用冷烧结技术制备。在冷烧结过程中，由于硅藻土形成了交联网络支撑结构，因此有效解决了二元硝酸盐相变时易泄露的问题。且相比传统烧结方式，采用冷烧结技术制备复合相变材料显著降低了烧结过程中时间和能源的消耗，减小了基盐在高温环境下与骨架材料发生化学反应的风险。同时，硝酸盐‑硅藻土复合材料的成功开发为后续进一步探索该技术在其他类型熔盐中的应用提供了思路。技术研发人员：李传,许荣玉,李琦,刘志刚,陈文,梁崇淦,吴玉庭受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4