黏土基复合相变储热材料制备及性能的研究

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1、兰州理1=大学硕士学位论文摘要随着能源危机的加剧，能量的可持续利用及可再生性成为国内外研究的热点。相变储热技术通过利用物质的相变潜热进行能量储存与转化，从而解决了能量供求在时间和空间上的不匹配，提高能源的可再生性和可持续利用。相变储热材料(phaSechangematerials，PCMs)，是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的材料，该类材料广泛应用于工业废热回收、太阳能利用等领域。单一相变材料具有不易储存和运输，固液相易分离等缺陷，复合相变储热材料的研制可弥补这些不足。常见的复合相变储热材料分为三类，即高分子基定型复合相变储热材料，微胶囊复合相变储热

2、材料和黏土基复合相变材料。其中黏土基复合相变储热材料具有原料易得，生产成本低，热稳定性高和热导率高等优点。因此，本文以不同的黏土载体吸附硬脂酸制备了三类复合相变储热材料，旨在解决制备方法对黏土基复合相变储热材料结构及性能的影响问题，。以及黏土的活化对复合相变储热材料结构性能影响问题。本文以硬脂酸(StearicAcid，SA)为相变基质，钠基蒙脱土m矿．montmorillonoid,MMn为载体，通过热熔真空注入法制备了M．SA／MMT复合相变储热材料，通过溶液溶解浸渍法制备了S．SA／MMT复合相变储热材料。分别采用红外、扫描电镜、X．射线衍射和示差

3、量热扫描等方法对上述两种材料进行结构与性能的表征。结果表明：两种方法制备的复合相变储热材料具有相似的形貌和结构，说明制备方法对复合相变储热材料的结构影响影响不大；SA以物理作用吸附于MMT片层结构中。加速热循环试验证明热熔真空注入法制备的材料储热性能较好。采用热活化处理钠基蒙脱土，并用热熔真空注入法制备了M．SA／a-MMT复合相变储热材料，通过红外、扫描电镜、X．射线衍射和示差量热扫描等对复合材料进行表征。结果表明：M．SA／a-MMT复合相变储热材料内部未发生化学变化，SA与a-MMT以物理作用结合；两种材料结合紧密，原材料结构保持较好。加速热循环实

4、验表明，M．SA／a-MMT结构稳定，未出现明显变化；热性能几乎没有损失，在储／放热实验中，升温／降温平台依然存在。通过与制备的M．SA／MMT进行比较，发现相变潜热提高了4．2J／g。表明对MMT进行热活化有利于SA与MMT两种原料的结合，且有利于提高复合相变材料的储热性能与稳定性。以热活化处理后的凹凸棒石黏土(attapulgite，ATP)为吸附载体，通过热熔真空注入法制备了M．SA／a-ATP复合相变材料，并采用红外、扫描电镜、X．射线衍射和示差量热扫描进行表征。结果表明，M-S从．ATP相变复合材料中SA与a-ATP之间未发生化学反应，SA均匀

5、的包覆在ATP棒状晶体表面，形成光滑的棒状结构，同时凝固在ATP内部孔隙和杂质蒙脱石片层中。SA与a-ATP结合紧密，且其晶体结构未被破坏。加速循环储／放热实验表明，M．SA／a-ATP复合材料黏土基复合相变储热材料的制各及性能研究热稳定性良好。将制备的M．SA／MMT、M．SA／a-MMT和M．SA／a-ATP三类材料与文献中描述的其它黏土基复合相变材料进行对比，发现自制复合相变储热材料的性能较好；对比M．SA／a-ATP及M-SA，a．MMT各项性能发现，等质量的载体经过相同条件活化，MMT的吸附能力大于ATP，形成的复合材料导热率大于ATP，但在结

6、构稳定性及热稳定性方面，M．SAfa-ATP大于M．SA／a．MMT。关键词：复合相变储热材料，蒙脱土，凹凸棒石黏土，储热，硬脂酸II兰州理工大学硕+学位论文ABSTRACTAstheenergycrisisdeepened，sustainableuseofenergyandrenewableresearchhadbecomehotspotsathomeandabroad．Thermalstoragetechnologyusinglatentheatofphasetransformationofmaterialsforenergystorageandco

7、nversion,thetechnologycouldresolvingthemismatchingofenergysupplyinganddemandingbetweenthetimeandspace，renewableandsustainabletheusageofenergy．Phasechangematerials(PCMs)，referstomaterialswhichcouldbeusedforenergystoragebyphasechange，hadbeenwidelyusedinindustrialwasteheatrecycling，

8、solarenergystorage，andotherfields．Single