CN109092256A - 一种用于吸附有机相变材料的支撑基体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附有机相变材料的支撑基体及其制备方法，属于建筑储能材料技术领域。该支撑基体包括膨胀珍珠岩和气凝胶，气凝胶填充于膨胀珍珠岩的孔隙内得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料，气凝胶膨胀珍珠岩复合材料经改性后得吸附有机相变材料的支撑基体，本发明还提供了上述支撑基体的制备方法，先制备气凝胶，再将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按摩尔比为3∶2∶2配成混合液，将气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，干燥，得吸附有机相变材料的支撑基体。本发明的支撑基体能增加对相变材料吸附量，增强相变材料的热稳定性，能与相变材料形成稳定的复合相变材料。

Description

一种用于吸附有机相变材料的支撑基体及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑储能材料技术领域，具体涉及一种用于吸附有机相变材料的支撑基体及其制备方法。
背景技术
相变材料在一定的相变温度范围内具有较高的相变潜热，储热密度大，广泛运用于建筑控温保温等领域。但是，单独的相变材料无法使用，通常的使用方式是进行封装、微胶囊包裹、多孔材料吸附的方式。其中采用多孔材料作为支撑基体吸附相变材料是一种常用的使用方式。
目前，已经有许多学者对吸附相变材料的支撑基体进行了大量的研究，如膨胀珍珠岩，膨胀蛭石，多孔碳材料等。
这些传统的多孔材料能够防止相变材料的泄露，改善热性能，增加热导率以及稳定性等。但是传统的支撑基体对相变材料的吸附量并不令人满意，支撑基体对相变材料的吸附量将直接影响潜热的高低，进而影响建筑储能的能效性和实用性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种用于吸附有机相变材料的支撑基体及其制备方法。
本发明提供了一种用于吸附有机相变材料的支撑基体，包括膨胀珍珠岩和气凝胶，所述气凝胶为纳米多孔结构，气凝胶填充于膨胀珍珠岩的孔隙内得到气凝胶膨胀珍珠岩复合材料，所述气凝胶膨胀珍珠岩复合材料经改性后得所述吸附有机相变材料的支撑基体。
本发明还提供了一种用于吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将膨胀珍珠岩置于在101～110℃的烘箱中干燥2个小时；
S2、将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水按照摩尔比1：5：10的比例混合，用6mol/L的稀盐酸进行滴定，调节pH值为2-6；然后用永磁直流电动机搅拌30min，搅拌后再用1mol/L的稀氨水进行第二次溶液pH值的调节，稀氨水调节pH值控制在5-9，控制凝胶时间为1h-2h；
S3、用真空吸附法将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，等待液体凝胶，关闭真空泵，进行常温常压老化处理24h，然后进行干燥处理，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；
S4、在20℃～30℃的环境温度下，将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按照摩尔比为3∶2∶2配制成混合液，将步骤3得到的气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，浸泡时间为10-24h；然后进行干燥处理，得到吸附有机相变材料的支撑基体。
较佳地，膨胀珍珠岩目数为20-40目。
较佳地，步骤S3和S4中的干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种新型吸附有机相变材料的支撑基体，为改性气凝胶膨胀珍珠岩复合多孔材料。膨胀珍珠岩本身是一种亲水物质，对相变材料的吸附能力并不强。气凝胶膨胀珍珠岩经过改性后，极性基团羟基被非极性基团硅甲基所取代，取代以后能够吸附非极性的有机相变材料(石蜡、脂肪酸)，非极性基团的存在能够有效的减少相变材料的渗漏。经过改性后能够疏水，也有助于保持相变材料的稳定性。气凝胶是纳米级多孔结构，膨胀珍珠岩是微米级多孔材料，这些孔隙为吸附相变材料提供了空间，两者进行复合后得到了微纳米多尺度孔隙结构。改性的膨胀珍珠岩气凝胶复合材料是相变材料稳定的支撑基体，其表面积和微孔率大大改善，对相变材料的吸附能力将会大大增强。因此本发明中改性气凝胶膨胀珍珠岩复合材料作为支撑基体，能够增加对相变材料吸附量，增加建筑的能效性，防止相变材料的泄露，增强相变材料的热稳定性，能与相变材料形成稳定的复合相变材料，是一种优秀的支撑基体。
附图说明
图1为本发明的膨胀珍珠岩二氧化硅气凝胶复合材料的微观结构示意图；
图2为本发明膨胀珍珠岩二氧化硅气凝胶复合材料的制备流程图；
附图中相关英文的解释：TEOS(正硅酸乙酯)，EtOH(乙醇)，EP(膨胀珍珠岩)；
图3为本发明改性气凝胶膨胀珍珠岩真空吸附相变材料的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种用于吸附有机相变材料的支撑基体，包括膨胀珍珠岩和气凝胶，所述气凝胶为纳米多孔结构，气凝胶填充于膨胀珍珠岩的孔隙内得到气凝胶膨胀珍珠岩复合材料，所述气凝胶膨胀珍珠岩复合材料经改性后得所述吸附有机相变材料的支撑基体。
实施例1
如图2所示，本实施例的一种用于吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将膨胀珍珠岩置于在110℃的烘箱中干燥2个小时，膨胀珍珠岩目数为40目；
S2、气凝胶采用酸/碱催化溶胶-凝胶法制备，将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水按照摩尔比1：5：10的比例混合，用6mol/L的稀盐酸进行滴定，调节pH值为5，以使水解反应的完成；然后用永磁直流电动机搅拌30min，搅拌后再用1mol/L的稀氨水进行第二次溶液pH值的调节，促进缩聚反应的进行，稀氨水调节pH值控制在8，控制凝胶时间为2；
S3、用真空吸附法将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，等待液体凝胶，关闭真空泵，进行常温常压老化处理24h，然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；
S4、在25℃的环境温度下，将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按照摩尔比为3∶2∶2配制成混合液，将S3得到的气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，浸泡时间为12h；然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得吸附有机相变材料的支撑基体。
实施例2
本实施例的一种用于吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将膨胀珍珠岩置于在105℃的烘箱中干燥2个小时，膨胀珍珠岩目数为20～40目；
S2、将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水按照摩尔比1：5：10的比例混合，用6mol/L的稀盐酸进行滴定，调节pH值为3；然后用永磁直流电动机搅拌30min，搅拌后再用1mol/L的稀氨水进行第二次溶液pH值的调节，稀氨水调节pH值控制在7，控制凝胶时间为1.5h；
S3、用真空吸附法将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，等待液体凝胶，关闭真空泵，进行常温常压老化处理24h，然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；
S4、在30℃的环境温度下，将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按照摩尔比为3∶2∶2配制成混合液，将S3得到的气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，浸泡时间为24h；然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得吸附有机相变材料的支撑基体。
实施例3
本实施例的一种用于吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将膨胀珍珠岩置于在108℃的烘箱中干燥2个小时，膨胀珍珠岩目数为20～40目；
S2、将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水按照摩尔比1：5：10的比例混合，用6mol/L的稀盐酸进行滴定，调节pH值为6；然后用永磁直流电动机搅拌30min，搅拌后再用1mol/L的稀氨水进行第二次溶液pH值的调节，稀氨水调节pH值控制在8，控制凝胶时间为1h；
S3、用真空吸附法将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，等待液体凝胶，关闭真空泵，进行常温常压老化处理24h，然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；
S4、在25℃的环境温度下，将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按照摩尔比为3∶2∶2配制成混合液，将S3得到的气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，浸泡时间为24h；然后进行干燥处理，干燥采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h，得吸附有机相变材料的支撑基体。
如图1所示，附图中的1为膨胀珍珠岩，2为气凝胶，3为气凝胶膨胀珍珠岩复合材料，从图1可以看出，膨胀珍珠岩是孔径为0.05um-5um的微米级多孔材料，膨胀珍珠岩的粒径范围在0.5-5mm，气凝胶是孔径为5nm-50nm纳米多孔结构，气凝胶填充于膨胀珍珠岩的孔隙内得到气凝胶膨胀珍珠岩复合材料。
如图3所示，由于相变材料在真空条件下容易吸收，所以采用真空吸附法制备复合相变材料。将固体相变材料和上述实施例1-3制备得到的改性气凝胶膨胀珍珠岩支撑基体置于带搅拌器的锥形瓶中，将真空泵连接到锥形瓶上以排空空气，然后将锥形瓶在真空条件下加热以熔化固体相变材料，以实现相变材料和改性气凝胶膨胀珍珠岩支撑基体的完全合并。真空吸附后，将复合PCM在滤纸上加热，在70℃下除去多余的相变材料，从而得到最佳吸附率。
为了验证本发明的改性膨胀珍珠岩气凝胶材料对相变材料的吸附效果，将本发明实施例1制备得到的改性膨胀珍珠岩气凝胶材料按照质量比为1:1吸附相变材料后，经70℃加热30min后，相变材料质量损失率为1.6％，而采用膨胀珍珠岩按照质量比为1:1吸附相变材料后，经过70℃加热30min后，相变材料质量损失率为5％，因此改性膨胀珍珠岩气凝胶复合材料对于相变材料具有更好的吸附效果。
建筑用相变材料的相变点温度为20～40℃，在建筑中使用时，保证处在人体热舒适温度范围内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于吸附有机相变材料的支撑基体，其特征在于，包括膨胀珍珠岩和气凝胶，所述气凝胶为纳米多孔结构，气凝胶填充于膨胀珍珠岩的孔隙内得到气凝胶膨胀珍珠岩复合材料，所述气凝胶膨胀珍珠岩复合材料经改性后得所述吸附有机相变材料的支撑基体。
2.如权利要求1所述的吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将膨胀珍珠岩置于在101～110℃的烘箱中干燥2个小时；
S2、将正硅酸乙酯、无水乙醇和蒸馏水按照摩尔比1：5：10的比例混合，用6mol/L的稀盐酸进行滴定，调节pH值为2-6；然后搅拌30min，搅拌后再用1mol/L的稀氨水进行第二次溶液pH值的调节，稀氨水调节pH值控制在5-9，控制凝胶时间为1h-2h；
S3、用真空吸附法将配置好的液体吸入膨胀珍珠岩中，等待液体凝胶，关闭真空泵，进行常温常压老化处理24h，然后进行干燥处理，得气凝胶膨胀珍珠岩复合材料；
S4、在20℃～30℃的环境温度下，将三甲基氯硅烷：乙醇：正己烷按照摩尔比为3∶2∶2配制成混合液，将S3得到的气凝胶膨胀珍珠岩复合材料浸泡在混合液中，浸泡时间为10-24h；然后进行干燥处理，得到所述吸附有机相变材料的支撑基体。
3.如权利要求2所述的吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，其特征在于，所述膨胀珍珠岩目数为20～40目。
4.如权利要求2所述的吸附有机相变材料的支撑基体的制备方法，其特征在于，所述步骤S3和S4中的干燥均采用常压分级干燥：在60℃下干燥4h，升温至80℃干燥4h，再升温至100℃干燥4h，然后升温至120℃干燥4h。
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