论文部分内容阅读
面对煤、石油、天然气等能源日剧枯竭的现状,如何提高其它能源的利用是众多科学家面临的主要研究内容。太阳能由于“取之不尽,用之不竭”的优点被人们广泛应用于生产和生活中,但太阳能的间断不连续性受到应用约束,因此人们提出材料相变储能。相变储能是利用相变材料的相变潜热来储能的一项新型环保节能技术,为了解决相变储能材料存储、运输、导热率低的问题,本文提出了制备多孔膨胀石墨与熔融盐复合的高定型相变储热材料。
首先:多孔膨胀石墨的制备,采用化学氧化的方法以硝酸作氧化剂,冰醋酸、甲酸为插层剂。通过正交试验确定最佳工艺参数为:10克鱼鳞片石墨,冰醋酸:甲酸:硝酸=2:3:4(体积比),反应温度20℃,反应时间45min,制得可膨胀石墨在600℃时的膨胀体积为246.5mL/g;通过XRD检测插层剂,SEM观察膨胀石墨的表面形貌,EDS能谱分析天然鳞片石墨的组成,测试结果表明:天然鳞片石墨的主要由碳、氧元素组成,少量的硫;插层剂插入石墨层间,而且膨胀石墨的表面形貌为疏松多孔结构。
其次:以施罗德原理计算不同配比下硝酸钾与硝酸钠的相变温度,结果表明计算出的相变温度与通过步冷曲线实验测出来的相变温度基本吻合。确定了不同配比下混合硝酸盐的相变点温度,最后确定二元体系达到共晶成分配比为等摩尔混合;等摩尔的共晶硝酸盐作为储热介质的温度区间低于450℃,当温度高于600℃时,保温12个小时,质量损失率为0.4%;TG-DSC实验确定等摩尔的共晶硝酸盐在升温过程中有两次相变过程,一次是固一固转变,其转变温度为117.5℃,相变结束温度为132℃,相变潜热为33.34J/g,一次为固-液转变,其转变温度为219.5℃,相变结束温度为227.5℃,相变潜热为116.6J/g。在工作温度为400℃制备的等摩尔硝酸盐,其物相组成为硝酸钾与硝酸钠,没有新物质生成。
再次:在2兆帕、4兆帕、6兆帕、8兆帕、12兆帕五种成型压力的情况下,其中2兆帕下定型复合相变储热材料的复合率相对最大,相变材料的泄漏量相对较小。在相同成型压力(2兆帕)、不同石墨含量的情况下,其中石墨的含量分别为47%、37%、30%、26.5%、23%,多次循环熔盐的泄漏与复合材料中熔盐的量的多少无关。SEM扫描电镜实验说明单轴冷压的方法可以制备成具有凝聚态的石墨基体,获得的复合材料在共晶盐占主导相层片中,孔隙主要取决于盐类晶体填充情况,进而取决于盐晶体尺寸分布,这种是盐在熔化成液体时直接产生的;在石墨占主导相层片中,孔隙主要取决于石墨含量的增加和复合过程中压力的取值,这种多孔结构很少在盐类为液态时产生。XRD表征实验证明通过14次冷却循环复合材料的物相组成主要为:KNO3(15.67%),NaNO3(8.35%),C(85.91%)和少量的K2CO3(1.25%)。TG-DSC实验证明:该定型复合相变储热材料固一固相变温度为118.4℃,潜热为24.42J/g,固液相变温度217.3℃,潜热80.84J/g,与纯共晶盐TG-DSC相比膨胀石墨的添加没有改变共晶盐的相变温度,只是使相变潜热降低。