乳酸盐离子液体/肉豆蔻酸复合相变储能材料的制备及热物性能研究

来源 :安徽工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lang19870311
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相变储能材料通过物态转变过程中的吸热和放热的行为来实现对能量的储存和释放,能提高能源利用率,减少废热损失,在太阳能开发、余热回收、制冷等方面有着广泛的应用。离子液体是仅由离子所组成的化学物质,有着诸多的奇异性能,是时下有机化学领域研究的热点之一。本文以有机相变储能材料作为主体,以离子液体为添加剂,通过复配获得了一系列的二元复合相变储能体系,并在探究其相变储能性能的基础上,初步地研究了离子液体对有机相变储能材料热物性的影响,并对影响机制进行了分析。以乳酸和直链有机胺为原料,首先通过一步法合成了乳酸/有机胺类离子液体。然后选用肉豆蔻酸作为有机相变储能材料,以机械混合的方法分别制备了丙胺乳酸盐—肉豆蔻酸(PM)、辛胺乳酸盐—肉豆蔻酸(OM)和十二胺乳酸盐—肉豆蔻酸(LM)复合相变储能体系,利用差示扫描量热仪、导热系数测试仪等表征测试等手段,表征了其相变储能性能。主要工作如下:(1)在丙胺乳酸盐/肉豆蔻酸复合体系中,发现平均每增加1%质量分数的丙胺乳酸盐,相变温度降低0.21℃,相变潜热降低3.01J/g。体系过冷度变化规律并不明显,最大值可达5.4℃,最小值为2.6℃,总体上丙胺乳酸盐的加入使肉豆蔻酸过冷度增大。当肉豆蔻酸复合了40%的丙胺乳酸盐时,体系导热系数达到最大值0.2711W·m-1·K-1,比肉豆蔻酸提高了13%。200次热循环之后,体系的热物性会由于复合丙胺乳酸盐的质量不同而发生不同程度的变化。复合不超过20%的丙胺乳酸盐时,体系热物性能较为稳定;但当复合比例超过20%时,则数据波动较大,体系热稳定性降低。(2)在辛胺乳酸盐/肉豆蔻酸复合体系中,辛胺乳酸盐与肉豆蔻酸的质量比平均每提高1%,体系相变温度降低0.23℃,相变潜热降低3.61 J/g。当辛胺乳酸盐与肉豆蔻酸的质量比为2.5%时,体系熔点由52.0℃提升至58.7℃,根据红外光谱和X射线衍射分析,推测可能有新的物相生成。当辛胺乳酸盐与肉豆蔻酸的质量比在7.5%、10%、15%、25%时,体系过冷度相对肉豆蔻酸有降低现象,最小值仅为2.0℃。辛胺乳酸盐的加入总体使体系的导热系数升高,当辛胺乳酸盐与肉豆蔻酸的质量比为30%时体系导热系数达到最大值0.2520 W·m-1·K-1。但当质量比为40%时,体系导热系数为0.2284 W·m-1·K-1,低于肉豆蔻酸,说明辛胺乳酸盐也有着使体系导热系数降低的作用。当辛胺乳酸盐质量分数小于7.5%时,体系经过200次热循环后体系热物性几乎不发生变化,热稳定性较好。(3)在十二胺乳酸盐/肉豆蔻酸复合体系中,十二胺乳酸盐质量分数平均每提高1%,体系相变温度降低0.25℃,相变潜热降低2.32 J/g。当十二胺乳酸盐的质量分数在10%、15%、25%、30%时,体系的过冷度有所降低,最小值为2.0℃,这可能与十二胺乳酸盐具有较低过冷度有关。体系的导热系数和离子液体质量分数之间无规律性变化关系,导热最大值为0.2657 W·m-1·K-1,最小值仅为0.2301 W·m-1·K-1。除此之外,十二胺乳酸盐—肉豆蔻酸复合体系在凝固时存在分相现象,导致熔化热与凝固热之间存在严重的不匹配,其差值可达50 J/g以上。并且在多次热循环之后,其相变潜热变化较大。(4)三个体系中,随着离子液体质量分数增加,相变温度和相变潜热的降低速率LM>OM>PM;过冷度降低方面,PM最大,OM和LM近似持平;导热系数增强效果上,PM整体使肉豆蔻酸导热提高,OM和LM均会导致导热下降;热稳定性方面,PM和OM近似,LM存在分相,热稳定性较差。这体现了离子液体阳离子的链长对于体系热物性的作用。
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