[发明专利]一种金属有机骨架基复合相变材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料和复合相变材料领域，具体涉及一种金属有机骨架基复合相变材料的制备方法。

背景技术

进入工业社会以来，传统能源以惊人的速度消耗着，人类正面临着能源危机。我国由于人口原因，人均能源储备少，能源危机在我国尤为突出。而且传统的能源使用还会造成环境污染，释放大量的温室气体使气候恶化。日益恶化的环境、气候，使人类意识到节约能源、寻找新能源、保护环境的重要性。因此，人类开发了太阳能、风能、生物能、海洋能等可再生新能源。但是这些能源都存在间歇性、波动性等缺点，从而大大降低了其使用效率。相变储能材料（PCM）可以利用材料的相变过程，吸收并将环境的热量存储起来，并在需要时将热量释放出来，可以有效解决解决由时间、空间或强度而引起的热能供给和需求之间不匹配与不均匀的矛盾。目前，相变材料已在建筑节能、电力移峰填谷、工业余热利用、太阳能利用等诸多领域有了广泛的应用。

相变材料中应用最广泛的是固液相变材料，在其相变过程中存在固态向液态的转变，为了避免相变材料在液相状态下的泄露，需要制备复合相变材料将相变材料定型。常用的定型方法主要有在相变材料的表面包覆一层壁囊或者将相变材料吸附于多孔基体中，从而形成定形复合相变材料。多孔基复合相变材料具有导热效率高、储能量大等优点，受到了科学家的广泛关注。专利CN102061403A公开了一种多孔材料基体和复合相变蓄热材料的制备方法。专利CN101560377A公开了一种泡沫金属基高温相变蓄热复合材料的制备方法。专利CN102031090A公开了一种具有相变储能功能的相变石墨粉的其制备方法。然而以上多孔基相变材料基体的结构可调性较差且孔径相对较大，选取的芯材也较为单一，因此开发一种纳米孔结构可调且芯材选择范围广的复合相变材料对于相变材料的有效利用及应用推广具有重要意义。

金属有机骨架材料（MOFs）是一种新型纳米多孔材料，通过过渡金属离子或金属簇和有机配体的自组装，形成的具有周期性无限网络结构一类多孔材料。由于制备MOFs的金属离子和有机配体的选择范围很广，因此很容易实现其纳米孔结构的调控，以适应不同大小的芯材。此外，MOFs还可以通过合成后修饰的手段使其孔道表面具有不同的极性（如亲水或亲油性），通过极性调控可以有效的负载相应的相变芯材，拓展相变芯材的选择性。基于金属有机骨架材料以上特点，开发一种新型金属有机骨架基复合相变材料可以有效克服现有相变材料结构可调性较差和芯材选取性单一的缺点，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于通过制备纳米孔结构可调且可进行合成后修饰多孔载体，开发一种新型的复合相变材料，使该类相变材料同时具有能够有效防止泄露，芯材选多样化，成本低且应用范围广的优势。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种金属有机骨架基复合相变材料的制备方法，所述制备方法包括步骤：

1)首先选择性的制备一种金属有机骨架材料基体，根据芯材的大小和种类对其进行孔径大小的设计和孔道极性的调控，以更好的匹配所要负载的相变芯材；

2)将可溶性的相变芯材配制成溶液，把制备好的金属有机骨架材料基体分散于配制好的相变材料溶液中，利用金属有机骨架材料的超大比表面积和纳米孔道结构吸附相变材料，干燥后得到具有定型效果的金属有机骨架材料复合相变材料。

在所述步骤1），基体的制备是将可溶性金属盐和有机羧酸类配体或有机吡啶配体充分溶解在一定的溶剂中，加入添加剂，在室温条件下搅拌10min~240min或者在40~120 ℃条件下超声分散10min~240min，然后在5~300 ℃下反应1~120 h，过滤洗涤，在40~120 ℃下干燥2~72 h后得到金属有机骨架材料基体。

在所述步骤2），复合相变材料的制备是将可溶性相变材料溶解在一定体积的乙醇或水中，在搅拌条件下使相变材料至完全溶解，于10~120 ℃下搅拌1～5 h，获得均一溶液；将上述制备的金属有机骨架材料基体在40~200 ℃条件下抽真空2～10 h，将所述基体的孔道完全打开。然后将经过抽真空处理的基体材料分散于准备好的相变材料溶液中，在10～120 ℃下搅拌2～24 h，然后放于干燥箱中，在40～80 ℃下干燥24～72 h，得到金属有机骨架基复合相变材料。