CN106928906B - 一种氧化石墨烯纳米无机相变材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种氧化石墨烯纳米无机相变材料的制备方法，利用氧化石墨烯较大的比表面积促进晶体成核，降低无机相变材料的过冷度，同时，氧化石墨烯含有大量羟基，与无机盐结晶水键合产生氢键，有效地避免或延缓团聚的发生，提高体系稳定性；有效降低无机相变材料过冷度，可以使相变材料过冷度降低为1~3℃。本发明工艺简单，易于操作。产品性质均一、稳定、毒副作用小等，属于绿色环保制品。

Description

一种氧化石墨烯纳米无机相变材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于相变储能技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯纳米无机相变材料及其制备方法。
背景技术：
相变储能材料的研究对于充分利用太阳能，提高人类居住的舒适度非常重要。相变储能材料按组分可分为有机相变材料和无机相变材料，目前研究比较多的相变储能材料有无机结晶水合盐、脂肪酸类有机相变材料、多元醇以及高密度聚乙烯等固~固相变材料。多元醇以及高密度聚乙烯等固~固相变材料相转变温度较高，不适合于建筑室内应用。脂肪酸类相变材料具有刺激性气味，封装困难，易燃，且相变潜热低，不能满足日益增长的能储需求。结晶水合盐这类无机相变材料具有适用范围广，导热系数大，储热密度大，相变体积小，毒性小，价格便宜等优点，倍受关注与研究。但无机相变材料一般存在过冷的现象。过冷度ΔT=Tm-T，即熔点与实际凝固温度之差，结晶驱动力ΔGV=-Lm·ΔT/Tm，可见要使ΔGV<0，必须有ΔT>0，因此过冷度并不能完全消除。为了优化无机相变材料的相变性能提出了各种方案。如：《三水醋酸钠的过冷机理与实验研究》一文，利用Na2HPO4∙12H2O和明胶共同作用，将三水醋酸钠的过冷度降低为4℃，过冷度仍相对较大。《一种纳米改性无机室温相变储热材料及其制备方法》，申请号201410556906.1，提出利用纳米矿物填料，如埃洛石纳米管、纳米凹凸棒等降低相变材料过冷度。但是，纳米矿物填料相变材料是一种悬浮液，纳米粒子自动团聚而下沉，不能解决纳米相变材料的稳定性，仍需加入分散剂提高复合材料稳定性。
发明内容：
本发明提出了一种氧化石墨烯纳米无机相变材料的制备方法，制备的纳米无机相变材料过冷度可降低为1~3℃，且具有较好的循环稳定性。
本发明所提供的一种氧化石墨烯纳米相变材料的制备方法，其特征在于：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散120~150min，分散成浓度为0.006~0.02g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将80~90份CH3COONa•3H2O与2~10份KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将1~8份羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.1~0.5份，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得。
氧化石墨烯结构可以看作是被剥离的单原子层石墨，其基本结构为Sp2杂化碳原子形成的类六元环苯单元并无限扩展的二维晶体材料，导热性能为5000w/(m·k)，比表面积高达2630m2/g。
本发明的积极效果在于：利用氧化石墨烯较大的比表面积促进晶体成核，降低无机相变材料的过冷度，同时，氧化石墨烯含有大量羟基，与无机盐结晶水键合产生氢键，有效地避免或延缓团聚的发生，提高体系稳定性；有效降低无机相变材料过冷度，可以使相变材料过冷度降低为1~3℃。本发明工艺简单，易于操作。产品性质均一、稳定、毒副作用小等，属于绿色环保制品。
附图说明：
图1为实施例1-5所得的步冷曲线；
图2为实施例1-5所得的DSC测试曲线。
具体实施方式：
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散120min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将80克CH3COONa·3H2O与2克KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将1克羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.1克，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得。
纳米氧化石墨烯相变材料相变温度区间为42~52℃，过冷度降低为2℃，相变焓为189j/g，循环多次无相变分离现象；步冷曲线、DSC测试结果如图1中1-a曲线，图2-a。
实施例2：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散130min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将82克CH3COONa·3H2O与4克KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将2克羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.2克，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得。
纳米氧化石墨烯相变材料相变温度区间为32~42℃，过冷度降低为4℃，相变焓为168j/g，循环多次无相变分离现象。步冷曲线、DSC测试结果如图1-b曲线，图2-b。
实施例3：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散130min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将84克CH3COONa·3H2O与6克KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将4克羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.3克，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得；
纳米氧化石墨烯相变材料相变温度区间为45~52℃，过冷度降低为1℃，相变焓为175j/g，循环多次无相变分离现象。步冷曲线、DSC测试结果如图1中1-c曲线，图2-c。
实施例4：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散140min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将86克CH3COONa·3H2O与8克KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将6克羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.4克，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得；
纳米氧化石墨烯相变材料相变温度区间为33~45℃，过冷度降低为2℃，相变焓为163j/g，循环多次无相变分离现象。步冷曲线、DSC测试结果如图1中1-d曲线，图2-d。
实施例5：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散150min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将88克CH3COONa·3H2O与8克KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将8克羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.5克，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得；
纳米氧化石墨烯相变材料相变温度区间为34~45℃，过冷度降低为3℃，相变焓为173j/g，循环多次无相变分离现象。步冷曲线、DSC测试结果如图1中1-e曲线，图2-e。

Claims (2)

1.一种氧化石墨烯无机纳米相变材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散120~150min，分散成浓度为0.006~0.02g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将80~90份CH3COONa·3H2O与2~10份KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将1~8份羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.1~0.5份，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得。
2.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯无机纳米相变材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
1）将氧化石墨烯溶解于蒸馏水中，低温超声分散140min，分散成浓度为0.015g/ml氧化石墨烯水溶液，密封待用；
2）将84份CH3COONa·3H2O与6份KCl混合后加热80℃制成主热剂，其相变温度区间为40~50℃，相变焓为180~190j/g，过冷度约为15℃；
3）将6份羧甲基纤维素钠缓慢加入步骤2）的主热剂中，高速剪切条件下搅拌均匀；
4）在步骤3）中加入步骤1）制备的超声分散氧化石墨烯水溶液0.3份，水浴超声搅拌均匀后密封放置，即得。
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