[发明专利]面向高效换热工质的纳米流体及其制备方法和换热设备

说明书

本发明提供了纳米流体及其制备方法以及换热设备。其中，制备纳米流体的方法包括：将膨胀石墨与剥离剂在第一基础液中混合，得到第一混合物，对第一混合物进行原位液相剥离处理，得到含有石墨烯纳米片的石墨烯原浆；将所述石墨烯原浆均匀分散到第二基础液中，得到所述纳米流体。发明人发现，该方法操作简单、方便，易于实现大规模生产，安全环保，可以获得换热系数和导热系数较高、流动阻力较低、长期稳定分散的纳米流体。

技术领域

本发明涉及纳米材料与热能利用技术领域，具体地，涉及面向高效换热工质的纳米流体及其制备方法以及换热设备。

背景技术

纳米流体具有特殊的热辐射特性和强化传热性质，能够大幅提升传热工质的导热系数和传热系数，使得纳米流体在热能利用领域具有独特的应用前景。目前，常用于制备纳米流体的纳米颗粒有金属、金属氧化物和碳系材料等，同时配以能够包裹纳米颗粒的分散剂，平衡颗粒重力的影响，保证纳米流体的稳定性。但是，目前的纳米流体存在以下缺点：1、金属或金属氧化物纳米颗粒的比重大，需要大量使用分散剂，导致界面热阻增大，溶液粘度增加；2、虽然碳纳米材料的比重较低，但其结构亲水性较差，难以在水相中均匀分散；3、针对碳纳米材料的常规改性方法需要使用强酸、强碱、强氧化剂或是严苛的反应条件，后期处理工艺复杂，容易腐蚀设备，环保成本高；4、一般地，碳纳米材料的改性方法只能满足实验室规模制备，难以实现大批量、可连续地工业化生产；5、受限于碳纳米结构的自身性质和纳米流体的制备工艺，纳米流体的导热和传热换热性能不高，难以获得高性价比的传热换热纳米流体工质。

因而，目前的纳米流体制备技术仍有待改进，以扩大其在传热工质中应用前景。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便，易于实现大规模生产的纳米流体制备方法，在制备过程中杜绝了强酸、强碱和强氧化剂的使用或是严苛的反应条件，仅需添加少量剥离剂，便可以制得传热系数或者导热系数较高的纳米流体。

在本发明的一方面，本发明提供了一种制备纳米流体的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述膨胀石墨与剥离剂在第一基础液中混合，得到第一混合物；对所述第一混合物进行原位液相剥离处理，得到含有石墨烯纳米片的石墨烯原浆；将所述石墨烯原浆分散到第二基础液中，得到所述纳米流体。发明人发现，该方法操作简单、方便，安全环保，对膨胀石墨进行原位液相剥离处理即可获得石墨烯纳米片，反应条件较为温和，无需对膨胀石墨进行氧化处理，无需后续处理工艺，极大简化制备工艺，有利于降低成本以及实现大规模生产，石墨烯原浆中石墨烯纳米片的含量高，使得石墨烯原浆体系的稳定性较高，在剥离剂的辅助下石墨烯纳米片的剥离程度高、分散性好，进而使得纳米流体中石墨烯纳米片的分散程度高、均一、稳定性佳，且在长期使用过程中均能保持良好的稳定性；该纳米流体中不含有分散稳定剂，降低了石墨烯纳米片与基础液之间的界面热阻，传热系数和导热系数较高，换热效果较佳；且膨胀石墨的原料充足、价廉易得，石墨烯纳米流体的生产成本低(1wt％石墨烯纳米片含量的成本约0.5元/公斤)，市场竞争力较强。

根据本发明的实施例，基于所述膨胀石墨的总质量，所述膨胀石墨中的固定碳含量>95％。由此，获得的纳米流体的传热系数和导热系数较高，换热效果优异。

根据本发明的实施例，所述膨胀石墨的粒径5微米–1000微米。

根据本发明的实施例，所述剥离剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇对异辛基苯基醚、聚乙烯吡咯烷酮中的至少之一。由此，材料来源广泛，价格低，容易插入膨胀石墨中的石墨片层中，进而有利于将膨胀石墨分散成石墨烯纳米片；且无需使用强碱、强氧化剂或其它有毒有害试剂，反应条件温和，无需后续处理工艺，安全环保，有利于大规模生产。

根据本发明的实施例，所述剥离剂与所述膨胀石墨的质量比为1:10–1:1。