二元有机/层状多孔基复合相变材料的制备与性能研究

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能源危机和环境污染已经成为当下最令人关注的问题,提高能源使用效率和开发可再生能源是人类面临的重要课题之一。相变材料具有储能密度大、储放热过程近似恒温等优点,在空调采暖、太阳能利用和建筑节能领域有着广阔的应用前景。提高建筑物能源效率时,在热能储存系统中使用相变材料储能已被认为是最先进的能源技术之一。   本课题旨在利用相变储能技术探索研究建筑节能领域中使用的相变储能墙体材料,以减少建筑空调能耗。本论文采用步冷法测定了不同配比十六醇-癸酸、十六醇-月桂酸、十六醇-肉豆蔻酸的二元固-液相平衡关系,绘制T-X相图,制备了以高岭土和膨胀石墨为载体基质,二元有机低共熔物为相变材料的复合相变材料。采用XRD、FTIR、DSC、SEM、热性能测试等方法对所制备的复合相变材料进行了表征,并对制备的复合相变材料采用ANSYS热分析软件及多点式热流实验方法,通过软件模拟和建立水泥相变墙的物理模型,分析了二元低共熔/层状多孔基复合相变材料在水泥墙体中的应用效果。结果如下:   (1)十六醇-癸酸的低共熔配比为27∶73,相变温度为19.2℃,相变潜热为172.6J/g;十六醇-月桂酸的低共熔配比为48∶52,相变温度为26.6℃,相变潜热为153.6J/g;十六醇-肉豆蔻酸的低共熔点配比为53∶47,相变温度为30.5℃,相变潜热为148.8J/g;质量比为27∶73的十六醇-癸酸具有更适宜的相变温度,相变焓热也较高,作为最理想的相变材料,最适宜于墙体储能。   (2)高岭土是层状硅酸盐粘土,通过超声插层的方法制备了DMSO/高岭土插层复合物,插层率为92%;十六醇-癸酸低共熔物通过取代高岭土层间的小分子DMSO,在高岭土层间最大吸附量为57%;十六醇-癸酸低共熔/高岭土复合相变材料的相变温度为21.9℃,相变潜热为80.89J/g。   (3)膨胀石墨具有丰富的微孔结构,对十六醇-癸酸低共熔物的最大吸附量为80%;十六醇-癸酸低共熔/膨胀石墨复合相变材料的相变温度为22.4℃,相变潜热为93.87J/g。   (4)复合相变材料没有明显的化学键,主要是分子间作用力,达到了物理嵌合的作用;高岭土和膨胀石墨作为载体材料,提高了相变材料十六醇-癸酸共熔物在融化或凝固过程的传热速率。   (5)与普通水泥墙相比,复合相变材料在水泥墙体中的最大掺入量为10%,可以降低室内温度波动,节能效果显著提高。研究结果对相变蓄热技术在被动式太阳能建筑中的应用具有一定的参考价值。
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