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硝酸熔盐现已被广泛用于太阳能热发电系统中。作为传热储能介质,二元硝酸熔盐(Solar salt,60wt.%NaNO3-40wt.%KNO3)是首选的储能熔盐体系。然而,在大规模工业应用中,杂质离子对熔盐体系的影响机制及热稳定性均需进一步研究。本文对Solar salt的热性能进行了测量,探讨了常见杂质离子对Solar salt热性能的影响,并制备出了两种具有更低熔点的多元混合熔盐体系。 本文测量的熔盐热性能包括初晶温度、熔点、热分解温度、密度、粘度和恒温热稳定性等。初晶温度与密度分别通过冷却曲线法和阿基米德原理获得,熔点、热分解温度和粘度分别采用DSC、热重分析仪和高温流变仪进行测量。恒温热稳定性主要研究高温下空气气氛中熔盐质量和组成变化。 Solar salt初晶温度、熔点、热分解温度、密度和粘度测量结果与文献值基本吻合。恒温热稳定性实验发现550℃以上,Solar salt存在不稳定性,温度越高越不稳定;与组成Solar salt的NaNO3、KNO3相比,同一温度下不稳定性程度依次为NaNO3>Solar salt>KNO3。Solar salt的高温不稳定宏观上表现为质量损失,实质是由组分热分解和挥发引起,而Solar-salt中含量相对较多的NaNO3是造成体系热分解的主要原因,而含量较少的KNO3起到抗挥发的积极作用。 常见杂质离子(SO42-、Cl-、NO2-、CO32-)对Solar salt热性能的影响主要体现在:杂质离子S O42-与CO32-在高温下易与熔体中的阳离子结合并析出相应化合物,含量不超过0.01wt.%能有效避免该现象。杂质离子C1-除了文献指出的腐蚀作用,还会促进体系的挥发,而杂质NO2-会直接影响体系热反应类型与方向,含量均低于0.1wt.%为宜。 制备出两种性能良好的多元混合硝酸熔盐。其中,一种三元混合熔盐体系熔点、初晶温度分别为124.2℃、147.8℃,能在550℃稳定使用,熔点较Solar salt体系降低了超过90℃;而一种多元混合熔盐体系,熔点仅为86.8℃,初晶温度89.9℃,需在500℃以下使用,熔点较Solar salt体系降低了约130℃。两种体系的使用温度范围扩宽了40℃左右。