结晶二氧化钛包覆正二十烷相变材料的双功能微胶囊的合成、微观结构及性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:dave463
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当今社会能源供给日益紧张,利用储能技术将热量暂时储存在热的或冷的物质中以供给以后需要是目前提高能源利用率的有效方法。相变材料(phase change materials, PCMs)因具有储放热近似等温和蓄热容量大的优点而在储能领域备受关注。实际应用中通常将相变材料封装在胶囊中,以避免其用于热能储存系统存在的固有缺陷,提高其热导率。相变微胶囊以其优异的抗压、控温、储热等性能,在纺织、建筑、生物医药以及军事等领域展现出十分广泛的应用前景。本课题采用具有独特性能的无机囊壁材料封装相变材料,成功合成双功能相变微胶囊,拓宽了微胶囊相变材料的应用领域。本文分别采用正二十烷作为相变芯材,结晶二氧化钛(TiO2)作为壁材,合成同时具有控温和光催化特性的双功能相变微胶囊,并用多种方式对产物进行结构观察、性能研究及功能表征。本课题的主要工作如下:1、采用十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂、甲酰胺为溶剂、正钛酸四丁酯(TBT)为钛源、氟化钠(NaF)电解质为壁材结晶促进剂,在O/W反应体系中完成了正二十烷/结晶TiO2微胶囊的合成。2、改变核壳投料比获得一系列不同核壳质量比的正二十烷/结晶TiO2微胶囊相变材料。通过FT-IR、EDX和XPS验证其化学组成。在SEM及TEM下可观察到产物为球形“核—壳”结构,球大小在1.5~2.5μm左右,证明TiO2包覆正二十烷微胶囊相变材料的成功合成。DSC扫描证明所制备的微胶囊具有较高的储热能力,且相变材料的包覆效率和储能效率随着正二十烷/TBT质量比的增大而增大,材料的过冷度也较小。DSC升温—降温循环表明微胶囊封装后的正二十烷具有较好的耐久性。TGA测试结果表明封装后正二十烷的热稳定性提高,并且TBT比例越大,其热稳定性越高。3、探究NaF的添加量对二氧化钛囊壁的结晶形态与结晶度的影响。X射线衍射(XRD)测试结果表明,合成过程中不添加或添加少量NaF,产物的二氧化钛囊壁呈现无定形结构;增大NaF浓度,二氧化钛囊壁呈现板钛型。适当增大NaF的浓度,二氧化钛囊壁的结晶度越来越高;当NaF的浓度增大到一定浓度时,二氧化钛囊壁的结晶度不再变化。实验表明,NaF促进Ti02囊壁从无定型向板钛型的转变。4、微胶囊产物降解亚甲基蓝染料实验和抗菌性试验表明产物不仅具有良好的储热性能和耐久性,而且具有良好的光催化特性,是一种新型双功能微胶囊相变材料。
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