石蜡相变储能微胶囊制备研究

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伴随经济的快速发展,能源和环境污染问题已经日益凸显,国家也不断地出台节能减排的一系列政策措施。相变储能技术是利用材料的相变潜热来实现能量的吸收、存储和释放,能有效地解决能量供需在时间和空间上的不匹配问题,是提高能源利用效率的重要手段,因而在能源有效利用和节能领域成为近年的研究热点之一。固-液相变储能材料(PCMs)是目前研究最多的一类,然而其在应用过程中存在泄漏问题,因此应采用一定的工艺进行封装,微胶囊法是常用的方法之一。  本课题结合目前常用的微胶囊技术,以价格低廉的石蜡为芯材,分别以无机材料和天然高分子材料为壁材,制备相变储能微胶囊,并对其应用进行探究。  (1)采用复凝聚法制备出以壳聚糖/阿拉伯胶为囊壁材料,石蜡为芯材的相变储能微胶囊。分别考察了乳化时间、复凝聚反应pH、复凝聚反应时间、芯壳比、交联剂用量、固化时间对包覆率及包覆效率的影响,并得到最佳合成条件为:阿拉伯胶与壳聚糖配比(质量比)为5:1、乳化时间3 min,复凝聚反应pH4.5,芯壳比1.5:1,复凝聚反应时间20 min,交联剂用量2 mL。在最优合成工艺条件下制备出的微胶囊稍有粘连,颗粒尺寸较为均匀,粒径介于20~30μm之间;微胶囊的包覆率为52.84%,包覆效率为56.27%,相变材料具有良好的可逆性;壳聚糖/阿拉伯胶复凝聚相成功地以物理结合的方式完整包覆在石蜡表面,并对石蜡起到保护作用,使其耐热性能提高,耐热温度由202℃提高到245℃。  (2)采用溶胶-凝胶法制备出以二氧化硅为囊壁材料,石蜡为芯材的相变储能微胶囊。分别考察了乳化剂用量、水解pH、水解液滴加速度、芯壳比、乳化转速对包覆率及包覆效率的影响,并得到最佳合成条件为:乳化剂用量2.0 g、水解pH2.6,芯壳比1.5:1、水解液滴加速度2 mL/min、乳化转速1200 r/min。在最优工艺条件下制备出的微胶囊表面比较粗糙,尺寸基本均匀,粒径介于20~30μm之间;微胶囊的包覆率为63.13%,包覆效率为67.65%,相变材料具有良好的可逆性;二氧化硅壁材以物理结合的方式成功包覆在石蜡表面,并对石蜡起到保护作用,使其耐热性能提高,耐热温度由202℃提高到224℃。  (3)以自制的二氧化硅包覆石蜡相变储能微胶囊作为添加剂,磷石膏作为基体材料,制备磷石膏基相变储能材料。相变储能材料的抗压强度、抗折强度随相变储能微胶囊添加量的增多而逐步降低。磷石膏基相变储能材料具备一定的储放热能力,并且随着相变储能微胶囊添加量的提高,其储放热性能越好。
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