[发明专利]硅藻土基复合高温储热材料及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅藻土基复合高温储热材料及制备方法与应用。

背景技术

能源是人类社会耐以生存和发展的物质基础，目前我国消耗的能源主要来自于煤炭、石油、天然气等不可再生矿物能源。随着我国经济的发展和工业化、城镇化的加快，对能源的需求不断增长。构建清洁、稳定、经济、安全的能源供应体系面临着重大挑战。面对越来越急迫的能源危机，以太阳(热)能和地热能等为代表的可再生能源具有蕴藏丰富和环境友好等优点，坚持继续推进其开发和利用对人类社会的可持续发展具有重要意义。

目前太阳能热利用中的蓄热材料主要有水、岩石、导热油、耐高温混凝土、金属钠和无机盐等。水作为储热材料蓄能密度不大，而且高温下蒸汽压很高；砂石-油系统结构复杂，效率低；耐高温混凝土作为蓄热材料，对其内部换热管的要求高，占整个蓄热系统成本的45％～55％；导热油在高温时的蒸汽压力非常大(400℃时大于1MPa)，使用其作为蓄热材料需要特殊的压力阀等设备，同样存在很大困难，又容易引发火灾，而且容易老化，价格昂贵。无机盐一般具有较大的相变潜热，是目前应用于太阳能热发电中蓄热能力可以与合金相媲美的蓄热材料。但无机盐具有较强的腐蚀性，对盛装的容器提出极为苛刻的要求。

文献1(Kakiuchi；Hiroyuki；Oka；Masahiro,US patent.No.5567346)报道了日本学者的美国专利，其中以硫酸钠、氯化铵、溴化钠和硫酸铵为主要原料组成的蓄热材料。

文献2(Ross；Randy,US patent.No.5685151)的专利则报道了用于太阳能蓄热材料，主要的成分是氯化钠，存储盐的容器为特种不锈钢材料，价格极为昂贵。

文献3(赵亮,马蕊英,孟祥兰等.一种相变储能材料的制造方法[P]。申请号：CN201110350793.6.)公开了一种相变储能材料的制备方法。该方法是将表面活性剂与石蜡制成乳液，将硅溶胶、乙醇与pH调节剂混合并调节pH至9.5～13.0，然后将含硅溶胶的混合物滴入乳液中，经过滤、洗涤、干燥后，得到二氧化硅为囊壁的石蜡微胶囊相变储能材料。其相变储能材料为石蜡，存在应用温度低等问题。

文献4(ZL200610019479.9)和文献5(ZL200610019478.4)分别介绍了一种中温和高温蓄热材料的制备方法，它们共同的特点是使用无机非金属材料的显热蓄热，虽然所使用的材料价格较低廉，但是显热蓄热材料在热量释放过程中温度变化不平稳，并且它们的比热容很低，若储存较多的热量就必须加热到很高的温度，而且体积庞大，从而对系统的稳定性和安全性提出了更高的要求。

以上文献中报道的蓄热材料，要么是成本太高，要么存在使用的温度较低而限制其应用范围，而作为高温储热材料，必须有高的能量密度；蓄热材料与热交换液体应有良好的热传导；蓄热材料应有良好稳定性；蓄热材料与热交换器及热交换液体之间有良好的化学相容性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前单一蓄热材料存在的问题，提供一种储热和传热效率高且热稳定性好的硅藻土基复合高温储热材料及制备方法与应用。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

一种硅藻土基复合高温储热材料，所述高温储热材料由硅藻土、Na₂SO₄/SiO₂纳米微胶囊及膨胀石墨烧结而成，各组分的质量百分比为：硅藻土50％～65％，Na₂SO₄/SiO₂纳米微胶囊30％～45％，膨胀石墨2％～6％，Na₂SO₄粉末被包覆于纳米SiO₂球体之内形成Na₂SO₄/SiO₂纳米微胶囊；硅藻土为均匀疏孔结构，Na₂SO₄/SiO₂纳米微胶囊位于硅藻土疏孔结构内形成整体并与膨胀石墨均匀混合。

上述方案中，膨胀石墨为200目细度。

一种硅藻土基复合高温储热材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将质量比为50％～65％的硅藻土、30％～45％的Na₂SO₄/SiO₂纳米微胶囊和2％～6％的膨胀石墨加入混料机混合；