[发明专利]利用粉煤灰和水合无机盐合成无机相变储能材料的方法

说明书

一种利用粉煤灰和水合无机盐合成无机相变储能材料的方法，属于无机非金属材料的合成技术领域，粉煤灰与复合相变材料的组成按质量百分数表征为粉煤灰30～40％，复合相变材料60～70％。复合相变材料的组成为十水硫酸钠49～58％、十二水合磷酸氢钠21～36％、硼砂3～4％，水11～18％。先将十水硫酸钠与十二水合磷酸氢钠和硼砂配成饱和溶液，然后利用粉煤灰的多孔性进行吸附，制成可调节室温的复合相变材料。本发明优点是：原料完全属于无机材料，来源广、成本低；利用了固体废弃物粉煤灰，且不用担心与建材的结合问题；合成方法简单，相变温度处于室温范围，方便对室内温度的调节；复合相变蓄热材料不分层、过冷度也得到缓解,性能稳定,重复性好,使用寿命延长,能够更好的应用于实际的建筑节能工程中。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料的合成技术领域，特别是用固体废弃物(粉煤灰)、十水硫酸钠、十二水合磷酸氢钠及硼砂为原料合成无机复合储能相变材料的方法。

背景技术

近年来，由于能源短缺问题越来越显著，各国开始致力于发展可再生能源和回收废热，例如对太阳能、风能、地热能等的利用。储热技术(Thermal energy storage)可用于解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的有效手段，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景，已成为世界范围的研究热点。相变材料(PCM)作为相变储能技术的核心材料在储存太阳能和废热利用等方面有很大的潜力，相比于一般的储存材料，如水或岩石等，单位体积的PCM能储存更多的热量，另一个关键优势是PCM储热和恢复等温发生，这使得它们非常适用于空间加热或冷却。

目前PCMs材料与建筑材料的结合方法主要包括直接掺入、浸渍、封装和定型相变材料等。其中直接掺入和浸渍是将相变材料和建筑材料直接结合，虽然比较简单，但是存在泄漏和材料不相容等问题。封装又分为宏观封装和微观封装，宏观封装是指把相变材料封装到一个特定的容器(如管状容器、球状容器、板状容器)中，微观封装(微胶囊技术)是指把相变材料封装在微型高分子聚合物中，然后再混入建筑材料中。

定型相变材料指的是将相变材料分散在另外一种支撑材料(如高密度聚乙烯、丁苯橡胶等)中，形成一种复合材料。由于这种复合材料一般都具有较大的热容、合适的导热系数、较好的固定相变材料和较好的热循环稳定性，目前关注度越来越高。此外采用无机多孔材料吸附相变材料也是目前研究比较广泛的定型封装技术，目前应用较多的多孔材料有：膨胀珍珠岩、膨胀石墨、海泡石、蒙脱土、陶瓷等。粉煤灰作为典型的固体废弃物，因其较大的比表面积和多孔性质，且和水泥较好的结合能力，是用来吸附相变材料用于建筑节能的理想选择。

目前国内外对于定型相变材料的研究大多数主要集中在有机相变材料，属于有机～有机类(大多数的微胶囊技术，三聚氰胺甲醛树脂～正十二醇、聚脲～硬脂酸丁酯等)或者无机～有机类(大多数的定型相变材料，部分微胶囊技术，高岭土～石蜡、硅藻土～聚乙二醇、膨胀石墨～软脂酸等)。无机相变材料尤其是无机水合盐类相对有机相变材料具有热密度大、导热系数高、成本低等优势，虽然过冷与相分离问题制约着无机相变材料的发展，但是有研究表明微孔吸附后相分离问题可以得到解决，并且还可以在一定程度上缓解过冷度。因此近年来针对无机相变材料的定型封装研究越来越多，目前研究较多的是膨胀石墨对于无机相变材料的吸附，但是膨胀石墨成本较高，本身预处理还要消耗能量，特别是膨胀石墨和水泥等建筑材料结合会导致建材的抗压强度下降，而相比膨胀石墨，粉煤灰虽然比表面积相对不大，但是粉煤灰本就为固体废弃物，利用粉煤灰吸附能够大幅度降低吸附剂的成本，而且消纳了固体废弃物，关键是粉煤灰与水泥的成分很接近，水泥生产中本就可以添加部分粉煤灰，因此不用考虑材料本身不相容的问题，且合成方法简单，不用预处理。本研究所述相变储能材料完全由无机材料合成，属于无机～无机类复合相变材料，相比其他有机～有机、有机～无机类相变储能材料具有能量密度大、成本低、安全系数高等优势；更是利用固废粉煤灰作为吸附载体，且相变也在室温完成，在建筑储能领域具有广阔的发展前景。

发明内容