[发明专利]一种熔盐/功能化碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔盐复合材料，特别涉及一种熔盐/功能化碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

传热蓄热流体主要有蒸汽和水、导热油、液态金属、热空气、熔融盐

等。熔融盐作为一种无机化合物，电导率低、粘度小、腐蚀性弱、蒸气压低、使用温度范围广、价格便宜，在高温燃料电池、太阳能发电行业以及金属热处理等方面得到了广泛应用。与高温导热油相比，运用硝酸熔盐可以使太阳能电站最高操作温度提高到773K左右，使得蒸汽轮机发电效率提高到40%。此外，运用熔融盐还可以使储热效率提高2.5倍，增强了蓄热能力，减小了蓄热成本。目前很多太阳能热发电站都是利用硝酸混合熔盐作为热能储存介质和传热流体，这些熔盐材料主要是二元硝酸熔盐和三元硝酸熔盐。然而，熔盐普遍存在导热系数低、易腐蚀器具等缺陷，严重阻碍了其发展和应用，如何克服上述缺点、改善使用性能已成为近年来人们研究熔盐中、高温相变储能材料的热点和难点。

发明内容

本发明提供一种具有传热作用的熔盐/功能化碳纳米管复合材料。

本发明还提供一种所述熔盐/功能化碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种熔盐/功能化碳纳米管复合材料，该材料是由熔盐和功能化碳纳米管，所述的功能化碳纳米管与熔盐的质量比为0.1～10.0：100.0。碳纳米管具有良好的传热性能，其导热系数为3000~3500W/mK。碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。将碳纳米管添加到熔盐中制备新型的复合材料，通过改变碳纳米管的表面性能等，提高其在熔盐中的分散性，改善熔盐复合材料各项性能，从而扩大其应用范围，为实现熔盐传热蓄热材料的高性能化提供了一种新的途径。

作为优选，所述的熔盐是由选自硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、亚硝酸钠中的三种硝酸盐组成的混合物。

作为优选，所述的功能化碳纳米管为钠化碳纳米管或钾化碳纳米管。

一种熔盐/功能化碳纳米管复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）将碳纳米管加入到混合酸中超声分散，反应后分离得氧化碳纳米管，然后将氧化碳纳米管加入到去离子水中超声分散，加入氢氧化物水溶液，反应后分离得功能化碳纳米管；步骤（1）在反应结束后，可采用过滤等常规分离方法分离得到功能化碳纳米管；

（2）将两种以上的硝酸盐与步骤（1）制得的功能化碳纳米管按质量比加热混合后，制得熔盐/功能化碳纳米管复合材料。

作为优选，步骤（1）中，所述的氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

作为优选，步骤（1）具体过程如下：在体积比为3：1的浓硝酸与浓硫酸的混合物中，加入碳纳米管超声分散2小时，在20~90℃搅拌反应2~10小时，反应结束后分离可得氧化碳纳米管；再在去离子水中加入氧化碳纳米管超声分散2小时，滴加氢氧化物的水溶液，调节反应液的pH值至8~11范围，室温搅拌反应2~6小时，分离得功能化碳纳米管。

作为优选，步骤（2）具体过程如下：硝酸盐经干燥、混合后，升温至熔盐熔化，加入功能化碳纳米管，搅拌混合2~10小时，冷却后碾磨至粉状，制得熔盐/功能化碳纳米管复合材料。

作为优选，步骤（2）中，所述的硝酸盐为硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂、亚硝酸钠中两种及两种以上硝酸盐混合物。

作为优选，所述的混合酸是体积比为3：1的浓硝酸与浓硫酸的混合液。所述的浓硝酸为市售产品，质量分数约为65%，密度约为1.4g/cm³，沸点为83℃；浓硫酸为市售产品，质量分数约为98.3%，密度为1.84g/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：

1、本发明制得的熔盐/功能化碳纳米管复合材料由于离子功能化碳纳米管表面的极性增加，有利于其在熔盐中的分散性，从而提高了熔盐复合材料稳定性能。

2、本发明所述的熔盐/功能化碳纳米管复合材料中碳纳米管网络结构改善了熔盐的热稳定性能，提高了熔盐的上限使用温度。碳纳米管材料具有大的长径比和高导热率，在熔盐中加入碳纳米管提高了熔盐复合材料热传导性能。