一种无机水合盐储热相变纤维及其制备方法

本发明涉及相变储能，具体涉及一种无机水合盐储热相变纤维及其制备方法。

背景技术：

1、热利用和热回收技术是当下重要的研究方向之一。传统的热利用和储热技术通常存在设备体积大、效率低下、储热速度慢等问题。因此，需求具有小尺寸、高效热储存和快速储热释能的新型热储材料和技术。在这种背景下，相变材料作为一种具有储热效率高、环保无污染等优点的新型热储材料，备受关注。相变纤维作为一种新型的相变储热材料，具有体积小、重量轻、热响应速度快等优势。相变纤维不仅能够在纺织品和建筑材料等领域得到广泛应用，还可以为储热系统的小型化和高效化提供可能。

2、因此，开发一种无机水合盐储热相变纤维，将有助于推动热利用和热回收技术的发展。该技术应用无机水合盐作为相变材料，制备成纤维状相变材料，可以实现更高效的热能储存和释放，同时具备小尺寸和快速储热的特点。这种新型相变纤维的发展，将为能源领域的绿色化发展贡献力量，也将为学术界和工业界带来新的热利用技术创新。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法。

2、本发明的目的之二是提供上述制备方法制得的无机水合盐储热相变纤维，其具有独特的纤维形状小尺寸优势。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

4、第一方面，本发明提供一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)通过冷压固溶法和气-液两相均质化法制备相变储热基材：

6、将无机水合盐和成核剂依次加入密封容器中，采用冷压固溶法使二者混合均匀，形成固相混合晶体；接着，将其放置在高于其相变温度的水浴锅中，并动态通入惰性气体搅拌加热，使固相混合晶体转变为各向同性透明液相，得到相变储热基材，作为前驱体1；所述无机水合盐为三水醋酸钠、七水硫酸镁、五水硫代硫酸钠、七水硫酸亚铁、八水氢氧化钡、六水硝酸亚铁、十八水合硫酸铝、六水合硝酸镁、六水碘化钙中的一种或多种；所述成核剂选自甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸中的至少一种；

7、(2)通过静电作用和表面吸附作用构建层间夹心体系：

8、在步骤(1)得到的前驱体1中加入层状双金属纳米棒和蛋白酶，通过持续机械搅拌，使层状双金属纳米棒与蛋白酶充分接触，蛋白酶在层状双金属纳米棒表面吸附，并进一步通过静电作用加强层状网络构筑，熔融的前驱体1填充在层状双金属纳米棒和蛋白酶构筑的层状结构之间，形成夹心体系，作为前驱体2；

9、(3)通过基于沉淀反应包埋和物理结晶的注模双重定型策略制备无机水合盐储热相变纤维：

10、将步骤(2)中制备得到的前驱体2保持熔融流体状态以一定的流速抽注填充到组装好的模具中，随后将模具中填充浆料的硅胶管拆卸下来固定，放置在环境温度下冷却，经由层状双金属纳米棒的沉淀反应包埋和液相无机水合盐结晶双重定型策略后得到纤维状的无机水合盐相变材料，最后进行脱模得到无机水合盐储热相变纤维。

11、优选的，步骤(1)中所述成核剂含量为无机水合盐材料含量的0.1％-5％。

12、优选的，步骤(2)中所述层状双金属纳米棒选自镁铝层状双氢氧化物纳米棒、锌铝层状双氢氧化物纳米棒、镁钙层状双氢氧化物纳米棒、镁锌层状双氢氧化物纳米棒、锰铝层状双氢氧化物纳米棒中的至少一种，所述层状双金属纳米棒含量为无机水合盐材料含量的1％-9％。

13、优选的，步骤(2)中所述蛋白酶选自胶原酶、纤维素酶、丝氨酸蛋白酶、甘露糖酶中的至少一种，所述蛋白酶含量为无机水合盐材料含量的1％-9％。

14、优选的，步骤(1)中所述冷压固溶法的温度为-40-10℃，压强为10-100mpa。

15、优选的，步骤(3)中所述前驱体2的熔融流体流速为0.2-0.6ml/s。

16、优选的，步骤(3)中所述模具由1ml或5ml注射器和1-4mm内径的硅胶管组成。

17、第二方面，本发明提供上述制备方法制得的无机水合盐储热相变纤维。

18、本发明的一种无机水合盐储热相变纤维所用无机水合盐相变温度均高于40℃适合作为储热基质，其次用于抑制过冷的成核剂为小分子氨基酸，其中非极性氨基酸通过影响晶体的形貌和结构促进成核，而极性氨基酸具有的氨基和羧基有助于晶核的形成，是区别于传统成核剂的新型有效成核方式。作为封装结构的层状材料由层状双金属纳米棒和蛋白酶组成，将相变储热基材限域在层间形成夹心结构，防止相变过程中发生泄露。其中层状双金属纳米棒还能提供良好的导热性能，因为层状双金属纳米棒本身固有的金属成分，而且层状结构使其具有较高的有序性，晶体结构的完整性增强了声子的传播效率，层间的氢键和其他组分的相互作用还可以促进热量在不同层之间的传输，从而提高整体的导热性。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、(1)本发明得到的无机水合盐储热相变纤维以小分子氨基酸作为成核剂，这类新型成核剂具有强水溶性和生物相容性，利用新型成核方式有效减小甚至消除了无机水合盐的过冷度，有利于储存热能的有效释放，节省额外能耗。

21、(2)本发明得到的无机水合盐储热相变纤维在形状和尺寸上具有独特的优势，可以实现线性一维定向高速传热，可以实现更高效的热能储存和释放，为储热系统小型化和高效化提供可能性。

技术特征：

1.一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述成核剂含量为无机水合盐材料含量的0.1％-5％。

3.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述冷压固溶法的温度为-40-10℃，压强为10-100mpa。

4.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述层状双金属纳米棒选自镁铝层状双氢氧化物纳米棒、锌铝层状双氢氧化物纳米棒、镁钙层状双氢氧化物纳米棒、镁锌层状双氢氧化物纳米棒、锰铝层状双氢氧化物纳米棒中的至少一种，层状双金属纳米棒含量为无机水合盐材料含量的1％-9％。

5.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述蛋白酶选自胶原酶、纤维素酶、丝氨酸蛋白酶、甘露糖酶中的至少一种，蛋白酶含量为无机水合盐材料含量的1％-9％。

6.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述前驱体2的熔融流体流速为0.2-0.6ml/s。

7.根据权利要求1所述的一种无机水合盐储热相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述模具由1ml或5ml注射器和1-4mm内径的硅胶管组成。

8.一种权利要求1至7任一项所述的制备方法制得的无机水合盐储热相变纤维。

技术总结本发明公开了一种无机水合盐储热相变纤维及其制备方法。首先通过冷压固溶法得到无机水合盐和成核剂的均匀固相混合晶体，然后进行气‑液两相均质化获得相变储热基材，接着引入层状双金属纳米棒和蛋白酶，利用二者间的表面吸附作用和静电作用构建层状网络结构，对相变储热基材进行限域，形成层间夹心体系，最后基于沉淀反应包埋和物理结晶的注模双重定型策略塑造纤维态相变材料，经由脱模得到最终的无机水合盐储热相变纤维。本发明提出的无机水合盐储热相变纤维具有良好生物相容性，对环境友好，具有高储热性能、高热传导效率，可以实现线性一维定向高速传热，为储热系统小型化和高效化提供可能性。技术研发人员：林鹏程,雷莹,陈颖受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2