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能源消耗与资源短缺已经严重影响到全社会的发展,如何有效的利用和节约能源逐渐成为研究热点,而能量存储是解决这一问题的有效方法之一,因此高效的能源储存技术备受关注。与传统的显热储存技术相比,固-固相变型潜热储能技术因其储能密度高、工作温度稳定等优势受到了广泛关注。本研究以自然界储量丰富且可再生的生物质纤维素为原料,经新型氧化法制备出高性能纤维素纳米晶(CNCs)为骨架材料,研究反应时间等对CNCs骨架材料微观结构、化学结构、热稳定性以及悬浮液稳定性等性能的影响规律,对可再生生物质绿色资源的提取与应用具有重要的指导意义。在此基础上,以聚乙二醇(PEG)为相变储能单元,通过接枝共聚法制得CNCs-g-PEG固-固相变复合材料(PCM)。探究复合材料体系的固-固相变行为和储热放热机制。这类绿色固-固相变复合材料对提高能源利用效率,充分开发可再生资源,解决资源短缺能源匮乏等问题有着重要意义。(Ⅰ)高效过氧化氢氧化法制备羧基化纤维素纳米晶及性能表征:通过绿色的Fe2+/H2O2氧化法水解微晶纤维素(MCC)制备羧基化CNCs。探索了 Fe2+/H2O2氧化法的机理,重点研究了反应时间对CNCs微观结构、化学性能及悬浮稳定性的影响。电子自旋共振光谱表明Fe2+/H2O2体系能够产生高氧化活性的氢氧自由基,该自由基水解MCC无定形区,氧化羟基。获得的CNCs展现清楚的棒状形态、均匀且窄的尺寸分布。氧化体系对CNCs的葡萄糖环结构没有产生影响,氢氧自由基主要攻击伯羟基并引入羧基官能团。其中,在60℃、反应6 h条件下所获CNCs具有较小的尺寸(长度为94.6 nm,直径为20 nm)、较高的羧基含量(2.2 mmol/L)、高的热分解稳定性(初始分解温度为308.2℃)及良好的悬浮液稳定性(大于24 h),这为CNCs应用在高温储能领域提供前提。同时,利用亚甲基蓝(MB)吸附实验验证了所制备的CNCs表面具有大量羧基,这为后续负载相变高分子合成相变材料奠定基础。(Ⅱ)纤维素纳米晶接枝聚乙二醇固-固相变复合材料的可控设计与制备:在水相溶剂中,采用Fe2+/H2O2混合体系作为引发剂,以PEG为相变单元,接枝共聚法获得PEG为侧链CNCs为负载骨架材料的固-固相变复合材料。重点研究了不同反应时间对PCM的热稳定性、相变行为及形状稳定性的影响。因CNCs骨架限制PEG侧链的运动,所得相变复合材料呈现出良好的固-固相变行为。与纯PEG相比,PCM具有更低且适宜的相变温度,且初始热分解温度高于300℃,尤其是PCM-12h展示出更佳的热循环稳定性、环境温度响应性、形状稳定性,可以主动吸收储存和释放热量,以维持适宜的目标温度范围(15-30℃)。提供了适用于人体微环境储热和温度调节的一种新颖固-固相变材料,可用于智能储热调节温度的纺织品及建筑保温材料等储能领域。