CN105154029A

CN105154029A - 一种纳米氮化铝改性熔盐及其制备方法

Info

Publication number: CN105154029A
Application number: CN201510652955.XA
Authority: CN
Inventors: 郑叶芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-11
Filing date: 2015-10-11
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明涉及一种改性熔盐，特别涉及一种纳米氮化铝改性熔盐及其制备方法。一种纳米氮化铝改性熔盐，该纳米氮化铝改性熔盐由熔盐和纳米氮化铝组成，所述的纳米氮化铝与熔盐的质量比为0.1～15：100。利用复合技术将纳米氮化铝应用于三元硝酸熔盐的改性，可提高其热传导性能及改善其他热物性，扩大其应用范围，为实现熔盐传热蓄热材料的高性能化提供了一种新的途径。

Description

一种纳米氮化铝改性熔盐及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性熔盐，特别涉及一种纳米氮化铝改性熔盐及其制备方法。

背景技术

太阳能热发电是太阳能热利用中的一种重要方式，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式，而传热蓄热技术是太阳能高温热发电的关键技术。热发电的传热介质有水、导热油和熔盐。水在500℃条件下处于超临界状态，高温运行不可靠，对设备耐压要求高；导热油过于昂贵且不环保，不利于大规模应用；熔融盐因其传热性能好、工作温度高的特性，在太阳能热发电领域有广泛优势，特别是混合盐的熔点比单一组分低很多的性质，使混合熔盐作为传热介质更具优势。硝酸熔盐作为传热蓄热介质，其特性主要表现在以下几个方面：离子熔体，熔融盐的液体通常由阳离子和阴离子组成，因此熔融盐具有良好的导电性能，其导电率比电解质溶液高１个数量级；具有广泛的使用温度范围，通常的熔融盐使用温度在300~1000℃之间，且具有相对的热稳定性；低的蒸汽压，熔融盐具有较低的蒸汽压，特别是混合熔融盐，蒸汽压更低；热容量大；对物质有较高的溶解能力；较低的粘度；具有化学稳定性。硝酸熔盐分为单盐、二元熔盐、三元熔盐和多元熔盐。单盐的熔点较高，在使用中容易导致“冻管现象”，限制了单盐的适用范围；二元熔盐既保证了导热系数和熔化热变化不大，但熔点降低不明显；三元熔盐可以大大降低体系熔点，但体系的导热系数和熔化热也会随之降低。因此，寻求综合性能优异的熔盐及其复合材料是目前太阳能热发电熔盐传热蓄热的关键技术之一。

发明内容

本发明提供一种具有传热蓄热作用的纳米氮化铝改性熔盐。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种纳米氮化铝改性熔盐的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纳米氮化铝改性熔盐，该纳米氮化铝改性熔盐由熔盐和纳米氮化铝组成，所述的纳米氮化铝与熔盐的质量比为0.1～15：100。纳米氮化铝是属类金刚石氮化物纳米材料，最高使用温度可达2200℃，具有高的热传导性（319W/mK）、低的热膨胀系数、高的电绝缘性质、优异的机械强度、又易于切割和打磨、优异的化学稳定性和低毒害性、压电性质等，广泛应用于纳米电子器件、电子基片、保护层材料、光电应用、吸热器件和高能芯片等诸多方面。利用复合技术将纳米氮化铝应用于三元硝酸熔盐的改性，可提高其热传导性能及改善其他热物性，扩大其应用范围，为实现熔盐传热蓄热材料的高性能化提供了一种新的途径。

作为优选，所述的纳米氮化铝的粒径为20～200nm。

作为优选，所述的熔盐为硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的混合物，其中硝酸钾为40%~55%，亚硝酸钠31%~40%，余量为硝酸钠。进一步的，纳米氮化铝的粒径为20～200nm。纳米氮化铝与该种三元硝酸盐的比重相似，纳米氮化铝在该种熔融状态下三元硝酸盐中颗粒沉降不明显，形成相对稳定的悬浮体系，相对其它配比、种类的三元硝酸盐，纳米氮化铝改性效果优异。

一种纳米氮化铝改性熔盐的制备方法，该方法主要是：将各种硝酸盐、纳米氮化铝按质量比混合后加热，冷却制得纳米氮化铝改性熔盐。作为优选，称取硝酸盐，加入到振动球磨机中混磨，并滴加纳米氮化铝分散液，混合均匀后，置于120℃烘箱内烘干12~72小时，冷却后碾磨至粉状，制得纳米氮化铝改性熔盐。

作为优选，振动球磨机中混磨时间为2~6小时。

作为优选，所述的熔盐为硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的混合物，其中硝酸钾为40%~55%，亚硝酸钠31%~40%，余量为硝酸钠。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：

1、本发明制得的纳米氮化铝改性熔盐具有热传导率高、储热密度大，可循环重复使用的优点，可应用于太阳能发电、石化、及冶金等行业。

2、本发明所述的纳米氮化铝改性熔盐中纳米氮化铝的加入改善了熔盐的热稳定性能，提高了熔盐的上限使用温度。

3、纳米氮化铝材料具有大的比表面积和高导热率，在熔盐中加入纳米氮化铝材料提高了熔盐热传导性能。

4、本发明所述的纳米氮化铝改性熔盐适用范围广、热传导效果好、性能稳定；本发明所述的纳米氮化铝改性熔盐制备操作简便，成本低廉，易于工业化。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

在20mL去离子水中加入1g纳米氮化铝（粒径为20nm）超声分散2小时，制得纳米氮化铝分散液。将45g硝酸钾、13g硝酸钠、32g亚硝酸钠组成的混合物振动置于球磨机中混磨30分钟后，滴加纳米氮化铝分散液，继续混磨3小时，混合均匀后，置于120℃烘箱内烘干24小时，冷却后碾磨至粉状，制得纳米氮化铝改性熔盐，测得纳米氮化铝改性熔盐的热传导率为0.865W/mK。

实施例2

纳米氮化铝改性熔盐的制备操作同实施例1。熔盐组成为55%硝酸钾、9%硝酸钠、36%亚硝酸钠，纳米氮化铝的粒径为100nm，纳米氮化铝与熔盐的质量比为0.1：100，振动球磨机中混磨时间2小时，烘干12小时测得纳米氮化铝改性熔盐的热传导率为0.533W/mK。

实施例3

纳米氮化铝改性熔盐的制备操作同实施例1。熔盐组成为45%硝酸钾、15%硝酸钠、40%亚硝酸钠，纳米氮化铝的粒径为40nm，纳米氮化铝与熔盐的质量比为10：100，振动球磨机中混磨时间5小时，烘干56小时测得纳米氮化铝改性熔盐的热传导率为3.218W/mK。

实施例4

纳米氮化铝改性熔盐的制备操作同实施例1。熔盐组成为40%硝酸钾、22%硝酸钠、38%亚硝酸钠，纳米氮化铝的粒径为200nm，纳米氮化铝与熔盐的质量比为15：100，振动球磨机中混磨时间6小时，烘干72小时测得纳米氮化铝改性熔盐的热传导率为4.007W/mK。

实施例5

纳米氮化铝改性熔盐的制备操作同实施例1。熔盐组成为45%硝酸钾、24%硝酸钠、31%亚硝酸钠，纳米氮化铝的粒径为20nm，纳米氮化铝与熔盐的质量比为5：100，振动球磨机中混磨时间4小时，烘干48小时测得纳米氮化铝改性熔盐的热传导率为1.858W/mK。

纳米氮化铝粒径小、分布均匀、比表面积大、热传导性能优异，在熔盐中加入少量的纳米氮化铝可大幅提高熔盐的导热系数，从而大大提高了其作为传热蓄热流体的热效应。此外，纳米氮化铝热性能优异的非氧化物特种陶瓷材料，分散在熔盐基体中的纳米氮化铝颗粒的隔热作用，可显著提高熔盐的热分解温度，从而改善了其在使用过程中的热稳定性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种纳米氮化铝改性熔盐，其特征在于：该纳米氮化铝改性熔盐由熔盐和纳米氮化铝组成，所述的纳米氮化铝与熔盐的质量比为0.1～15：100。

2.根据权利要求1所述的纳米氮化铝改性熔盐，其特征在于：所述的纳米氮化铝的粒径为20～200nm。

3.根据权利要求1所述的纳米氮化铝改性熔盐，其特征在于：所述的熔盐为硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的混合物，其中硝酸钾为40%~55%，亚硝酸钠31%~40%，余量为硝酸钠。

4.一种纳米氮化铝改性熔盐的制备方法，其特征在于该方法主要是：将硝酸盐、纳米氮化铝按质量比混合后加热，冷却制得纳米氮化铝改性熔盐。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：称取硝酸盐，加入到振动球磨机中混磨，并滴加纳米氮化铝分散液，混合均匀后，置于120℃烘箱内烘干12~72小时，冷却后碾磨至粉状，制得纳米氮化铝改性熔盐。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：振动球磨机中混磨时间为2~6小时。

7.根据权利要求4所述的纳米氮化铝改性熔盐，其特征在于：所述的熔盐为硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的混合物，其中硝酸钾为40%~55%，亚硝酸钠31%~40%，余量为硝酸钠。