【摘要】：礦物基復(fù)合相變儲(chǔ)能材料作為一種環(huán)境友好型高效儲(chǔ)能材料在太陽能儲(chǔ)熱系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。但是大部分礦物材料的低導(dǎo)熱性限制了礦物基復(fù)合材料在使用過程中儲(chǔ)放熱效率。因此礦物基復(fù)合相變材料的高導(dǎo)熱改性具有重要的研究意義。本論文以我國豐富的凹凸棒土資源為基體制備低成本性能穩(wěn)定,呈相變溫度梯度變化的系列復(fù)合相變儲(chǔ)能材料,并采用不同工藝在導(dǎo)熱增強(qiáng)方向展開研究,取得一些重要研究成果。采用真空浸漬法制備系列復(fù)合相變儲(chǔ)能材料Atta/LA、Atta/PA和Atta/DA。通過熱活化和酸活化復(fù)合改性,凹凸棒土物相中白云石雜質(zhì)相消失,純度提高,比表面積由143.38 m~2/g提高到222.23 m~2/g,而且相變材料LA、PA和DA的吸附率分別達(dá)到51.0%、50.8%和51.3%。Atta/LA、Atta/PA和Atta/DA三種復(fù)合相變材料具有良好的形態(tài)穩(wěn)定性,梯度增加的相變溫度、儲(chǔ)能密度高、穩(wěn)定性良好、相變焓分別為94.6 J/g、107.5 J/g和84.6 J/g,均高于已有文獻(xiàn)報(bào)道值;同時(shí)導(dǎo)熱性能均得到增強(qiáng),分別達(dá)到0.22 W/(m·K)、0.24 W/(m·K)和0.22 W/(m·K)。采用高功率超聲分散工藝一步法將納米Cu分散于相變材料,2 wt.%為最佳Cu粉添加量。LA@Cu、PA@Cu和DA@Cu導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)于純相變材料LA、PA和DA分別提高了106.3%、105.6%和100.0%。Atta/LA@Cu、Atta/PA@Cu和Atta/DA@Cu三種復(fù)合相變材料具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。Cu粉和Atta對(duì)相變材料LA、PA和DA的導(dǎo)熱性能具有協(xié)同增強(qiáng)效果,導(dǎo)熱系數(shù)分別達(dá)到0.46 W/(m·K)、0.45 W/(m·K)和0.43 W/(m·K)。以石墨粉(GP)為導(dǎo)熱增強(qiáng)劑,通過超聲分散工藝得到不同粒徑Atta與GP相互交錯(cuò)分布的Atta/GP復(fù)合礦物高導(dǎo)熱基體,并制備了Atta/GP/LA、Atta/GP/PA和Atta/GP/DA系列復(fù)合相變儲(chǔ)能材料,三種復(fù)合相變儲(chǔ)能材料具有高的儲(chǔ)能密度,優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。過冷度分別降低了1.4℃、0.6℃和1.5℃。導(dǎo)熱系數(shù)分別達(dá)到了0.41 W/(m·K)、0.39 W/(m·K)和0.37 W/(m·K),較純相變材料提升了156.3%、133.3%和117.6%,相應(yīng)的蓄放熱時(shí)間也大大縮短。采用液相還原法通過還原四水氯化亞鐵在凹凸棒土棒晶聚集體表面和孔隙中反應(yīng)生成納米Fe顆粒,納米Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.34%。通過真空浸漬法制備Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA系列復(fù)合相變儲(chǔ)能材料,相變材料負(fù)載量分別達(dá)到58.2%、57.3%和59.1%。基體Atta@Fe與相變材料通過物理和化學(xué)吸附作用相結(jié)合的方式復(fù)合,Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA相變溫度具有梯度變化的特點(diǎn),適用于不同溫度需求的太陽能儲(chǔ)熱系統(tǒng)。相變焓分別為87.0 J/g、110.1 J/g和99.6 J/g,均具有良好的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。Atta@Fe導(dǎo)熱率達(dá)到0.50 W/(m·K),Atta@Fe/LA、Atta@Fe/PA和Atta@Fe/DA導(dǎo)熱率分別達(dá)到0.28 W/(m·K)、0.34W/(m·K)和0.36 W/(m·K)。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

圖 1-1 相變儲(chǔ)能過程圖（馬艷紅，2013）能材料的儲(chǔ)熱過程如圖 1-2 所示，當(dāng)環(huán)境溫度過高時(shí)，相熱，隨著溫度的上升，儲(chǔ)熱量逐漸增加，當(dāng)溫度達(dá)到相變儲(chǔ)熱（相變儲(chǔ)熱），潛熱儲(chǔ)熱量大，并且溫度基本不發(fā)生熔化后，繼續(xù)進(jìn)行顯熱儲(chǔ)熱，當(dāng)相變材料溫度無限接近成。放熱過程相反。相變材料儲(chǔ)熱過程的儲(chǔ)熱量可以通過Q = ∫TT0Cs× m + H × m + ∫T1TCl× mQ 為儲(chǔ)熱過程總熱量；Cs為相變材料固相比熱容；Cl為m 為相變材料質(zhì)量；T 為相變材料相變溫度；T0為相變材變材料最終溫度；ΔH 為相變材料相變潛熱。

圖 1-2 相變材料儲(chǔ)熱過程基本原理圖（Mondieig, D.，2003）相變儲(chǔ)能材料分類變儲(chǔ)能材料按不同的分類方法有不同的分類方式，如圖 1-3 所示。，分為有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料兩大類。無機(jī)相變材料主要包屬合金等，具有儲(chǔ)能密度高、導(dǎo)熱率高和體積變化率小等優(yōu)點(diǎn)，缺冷和相分離現(xiàn)象；有機(jī)相變材料主要包括石蠟、脂肪酸和多元醇等性小、循環(huán)性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)小，密度小，單位體積儲(chǔ)能密表 1-2 各溫度區(qū)常見相變儲(chǔ)能材料及其熱物理性能度范圍 ℃ 相變材料 相變溫度 ℃ 相變潛熱水 0 335石蠟 15-60 130-28脂肪酸 20-80 150-25低溫區(qū)0-120結(jié)晶水和鹽 30-50 170-27

物態(tài)轉(zhuǎn)變形式，分為固-液、固-固、固-氣以及液-氣相變 M. M.，2004）。由于固-氣和液-氣相變過程中氣態(tài)會(huì)占據(jù)大量，使用安全性較低。因此，目前應(yīng)用最廣泛的是固-固和固-料。固-固相變儲(chǔ)能材料主要是一些多元醇、接枝共聚物和高固相變儲(chǔ)能材料在相變過程中體積變化小，無液相產(chǎn)生，使用，成本較低，并且無腐蝕性，過冷度小。但是此相變材料相變相變儲(chǔ)能材料小，并且在相變過程中，由固體晶體轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄灾滦阅芩p。固-液相變儲(chǔ)能材料主要有無機(jī)水和鹽、石蠟和材料相對(duì)于固-氣和液-氣相變材料具有低的體積變化率，使用安固相變材料具有高的儲(chǔ)能密度，因此，固-液相變材料是目前儲(chǔ)能材料，本論文后續(xù)內(nèi)容所提到的相變材料均為固-液相變

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本文編號(hào)：2806684