【摘 要】
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储热是实现可再生能源、电网谷电、工业余热等大规模、低成本利用的关键技术。其中,复合相变储热复合显热储热和相变储热,具有储热密度高、耐腐蚀性强、导热性能高、不易相分离、不易过冷等优点。然而,传统复合相变储热材料的骨架原材料以天然矿产资源为主,这些材料的大规模开采破坏了周边的自然环境,其开采加工过程消耗大量化石能源,排放大量二氧化碳、二氧化硫等温室、有毒有害气体。为充分利用工业固体废弃物,本文以工业固
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储热是实现可再生能源、电网谷电、工业余热等大规模、低成本利用的关键技术。其中,复合相变储热复合显热储热和相变储热,具有储热密度高、耐腐蚀性强、导热性能高、不易相分离、不易过冷等优点。然而,传统复合相变储热材料的骨架原材料以天然矿产资源为主,这些材料的大规模开采破坏了周边的自然环境,其开采加工过程消耗大量化石能源,排放大量二氧化碳、二氧化硫等温室、有毒有害气体。为充分利用工业固体废弃物,本文以工业固废电石渣替代传统骨架原材料,分别以Na NO3和Na2CO3为相变材料,采用冷压烧结法制备复合相变储热材料,采用同步热分析仪、激光闪射仪、电子万能材料试验机和自制的冷热循环试验台等研究样品的储热性能、导热性能、抗压强度和热循环稳定性等关键性能,得出最优样品的性能参数。为提高复合相变储热材料的抗压性能,分别采用硅溶胶、高温密封AB胶、磷酸二氢铝(Al H6P3O12)作为粘结剂,研究复合相变储热材料的抗压强度变化,进行抗压性能强化研究。研究结果表明:（1）对于电石渣/Na NO3复合制备相变储热材料,当电石渣与Na NO3的质量比为5:5时,样品CC6的综合性能达到最佳,抗压强度达73.6 MPa,组分间具有良好的兼容性,微观形貌表明电石渣和Na NO3颗粒均匀分布;在100～400℃温度范围内,样品CC6的储热密度达447 J/g,其熔点为282.5℃、潜热为59.61 J/g,导热系数达0.93W/（m·K）,具有良好的储热性能和传热性能;经3700次加热/冷却循环后,块体内相变材料微流动过大,导致块体破裂;样品CC6储热密度和导热系数略微增加,仍保持优异的储热性能、传热性能和组分兼容性。（2）电石渣组分与Na2CO3兼容性良好,可替代传统天然骨架材料合成Na2CO3/电石渣复合相变储热材料;当电石渣与Na2CO3的质量比为52.5:47.5时,样品NC5的综合性能达到最佳,在100～900℃内的储热密度高达993 J/g,抗压强度为22.02 MPa,导热系数为0.62 W/（m·K）;经100次加热/冷却循环后,样品NC5的储热性能依旧保持稳定,而导热系数升高了25.8%,这是由于相变材料在骨架材料颗粒孔结构中的浸渗吸附改善了骨架材料颗粒的导热性能;骨架颗粒间相变材料膜层厚度决定着骨架材料颗粒间的作用力,决定着复合相变储热材料的抗压强度,在相变材料添加最优质量分数下制备的复合相变储热材料抗压性能最佳;成本分析和碳排放分析表明,所制备电石渣/Na2CO3复合相变储热材料成本和碳排放量低,具有良好的经济效益和环境效益。（3）采用Al H6P3O12为粘结剂时,复合相变储热材料无泄漏、无变形,AH200系列样品的抗压强度最高达85.6 MPa,比样品CC6的抗压强度提高了16.3%;AH300系列样品的抗压强度最高达98.9 MPa,比样品CC6的抗压强度提高了34.8%,显著提升了复合相变储热材料的抗压性能;X射线衍射光谱和傅里叶变换红外吸收光谱分析证实了组分间良好的兼容性,没有产生新的物质成分;微观形貌分析表明样品内部的孔隙结构整体减少,内部形貌由整体疏松转变为致密实结构,颗粒间结合力增强,提高了复合相变储热材料的抗压性能。（4）以电石渣作为骨架原材料制备复合相变储热材料,能够大规模利用工业固废电石渣,避免电石渣大规模堆积或填埋对环境造成破坏,制备的复合相变储热材料具有成本低、碳排放量小、耐腐蚀性强、储热性能优异、热循环性能稳定等优点。
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