CN109762531A - 一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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何燕
武阳
王梦悦
潘正华
李佳豪
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Abstract

本发明涉及一种相变控温调湿净化性能的复合材料及其制备方法。该复合材料包含相变材料、光催化材料及多孔调湿材料等。所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，所述多孔调湿材料为海泡石。本发明复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备，(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备，(3)真空吸附与表面封装。本发明具有相变控温调湿净化性能的光催化复合材料在可见光源下光催化降解甲醛气体，调节室内温湿度，有效提高室内环境舒适度及改善室内空气品质，并显著降低建筑能耗。

Description

一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料及其制备方法。
背景技术
建筑室内环境质量的优劣与人的生活息息相关，直接关系到人的健康与居住舒适度。建筑室内环境包括温度、湿度、空气质量等多方面。采用绿色建筑功能材料可实现建筑室内环境调节与节能减排双重目的，具有广泛应用前景。
其中，相变储能材料可在特定温度下，通过发生结晶/熔融相态的变化来储存或释放相变潜热，可通过对工业废热或太阳热能存储及控制释放来提高能源利用率并实现节能功效，也可通过温度调控使***内部互相协调、实现物质能量转换，减少对外部能量的消耗。常用的相变储能材料主要包括有机烷烃类石蜡、有机脂肪酸、酯和醇、无机水合盐等。这些相变材料具有高相变焓和储能密度，但在相变过程中存在体积稳定性差、易泄露、导热系数低等缺陷。为了弥补这些缺陷，需要将相变材料包覆于无机多孔类材料内部，提高其体积稳定性和导热系数。
另外，半导体光催化剂因其清洁、廉价等优势，被逐渐用于净化室内空气，如甲醛、氨气、苯、甲苯等有害成分。其中纳米TiO2作为最热门的光催化剂，但存在易失活、稳定性差等缺陷。因而，对纳米TiO2结构进行优化改性，提高其光降解有害气体的稳定性及净化效率，是实现纳米TiO2光催化治理室内空气污染广泛应用所必须解决的关键问题。
本发明的目的是提供一种具有多重功能的建筑节能材料，兼具相变储能、控温、调湿及空气净化功能。本发明所构建的复合型建筑功能材料的芯材为月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸，具有相变储能，控温节能作用；壁材为多孔型海泡石，具有导热效率高，孔隙率高，物理化学稳定性好等特征，可包覆有机相变材料，防止相变材料泄露，提高相变材料体积稳定性及导热响应效率以及达到调节室内湿度的作用；膜材为介孔GO/TiO2光催化材料，负载于海泡石表面，可达到光催化降解室内有害气体的作用。
为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料，其特征在于，该复合材料按质量百分比配方如下：
相变材料：20～25
光催化材料：20～30
多孔调湿材料：45～60
在最佳实施方案下，所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物，其相变温度为25～32℃；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，其粒径为150～200nm，孔径为2.2～7.2nm；所述多孔调湿材料为海泡石，粒径为1.5～3.5cm。
在最佳实施方案下，所述具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备包括如下步骤：
(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备：将月桂酸和肉豆蔻酸按摩尔比0.67:0.33放入容器中，用恒温磁力搅拌器在2000r/min，70℃水浴条件下将混合物溶解并且搅拌2h得到月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸。
(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备：采用溶胶—凝胶法，以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料，以聚乙烯吡咯烷酮PVP为结构引导剂，柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂合成介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。
(3)具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备：对海泡石进行抽真空，然后按照上述配比，将步骤(1)制备的月桂酸—肉豆蔻酸相变材料加入到海泡石中，通过真空吸附，将月桂酸—肉豆蔻酸相变材料吸附到海泡石内部孔隙中。将步骤(2)中制备的介孔GO/TiO2光催化材料涂敷在吸附过月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的海泡石表面。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明的复合型建筑功能材料同时兼具相变控温、调湿、净化空气三重作用，丰富了建筑材料的功能性，提高了建筑材料的技术含量，首次实现相变控温、调节湿度与净化空气功能的复合，具有可观的市场开发潜力。
2)本发明的复合型建筑功能材料，从材料角度实现建筑室内控温节能与空气品质调控，可有效提升建筑居住舒适性。
3)本发明的复合型建筑功能材料，在服役过程中，提及稳定性好，耐久性强，温控响应效率强，光催化性能稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料，其特征在于，该复合材料按质量百分比配方如下：
相变材料：20％
光催化材料：30％
多孔调湿材料：50％
所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物，其相变温度为25～32℃；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，其粒径为150～200nm，孔径为2.2～7.2nm；所述多孔调湿材料为海泡石，粒径为1.5～3.5cm。
具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备包括如下步骤：
(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备：将月桂酸和肉豆蔻酸按摩尔比0.67:0.33放入容器中，用恒温磁力搅拌器在2000r/min，70℃水浴条件下将混合物溶解并且搅拌2h得到月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸。
(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备：采用溶胶—凝胶法，以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料，以聚乙烯吡咯烷酮PVP为结构引导剂，柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂合成介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。
(3)具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备：对海泡石进行抽真空，然后按照上述配比，将步骤(1)制备的月桂酸—肉豆蔻酸相变材料加入到海泡石中，通过真空吸附，将月桂酸—肉豆蔻酸相变材料吸附到海泡石内部孔隙中。将步骤(2)中制备的介孔GO/TiO2光催化材料涂敷在吸附过月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的海泡石表面。
实施例2：
一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料，其特征在于，该复合材料按质量百分比配方如下：
相变材料：20％
光催化材料：20％
多孔调湿材料：60％
所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物，其相变温度为25～32℃；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，其粒径为150～200nm，孔径为2.2～7.2nm；所述多孔调湿材料为海泡石，粒径为1.5～3.5cm。
具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备包括如下步骤：
(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备：将月桂酸和肉豆蔻酸按摩尔比0.67:0.33放入容器中，用恒温磁力搅拌器在2000r/min，70℃水浴条件下将混合物溶解并且搅拌2h得到月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸。
(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备：采用溶胶—凝胶法，以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料，以聚乙烯吡咯烷酮PVP为结构引导剂，柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂合成介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。
(3)具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备：对海泡石进行抽真空，然后按照上述配比，将步骤(1)制备的月桂酸—肉豆蔻酸相变材料加入到海泡石中，通过真空吸附，将月桂酸—肉豆蔻酸相变材料吸附到海泡石内部孔隙中。将步骤(2)中制备的介孔GO/TiO2光催化材料涂敷在吸附过月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的海泡石表面。
实施例3：
一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料，其特征在于，该复合材料按质量百分比配方如下：
相变材料：25％
光催化材料：28％
多孔调湿材料：47％
所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物，其相变温度为25～32℃；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，其粒径为150～200nm，孔径为2.2～7.2nm；所述多孔调湿材料为海泡石，粒径为1.5～3.5cm。
具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备包括如下步骤：
(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备：将月桂酸和肉豆蔻酸按摩尔比0.67:0.33放入容器中，用恒温磁力搅拌器在2000r/min，70℃水浴条件下将混合物溶解并且搅拌2h得到月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸。
(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备：采用溶胶—凝胶法，以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料，以聚乙烯吡咯烷酮PVP为结构引导剂，柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂合成介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。
(3)具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备：对海泡石进行抽真空，然后按照上述配比，将步骤(1)制备的月桂酸—肉豆蔻酸相变材料加入到海泡石中，通过真空吸附，将月桂酸—肉豆蔻酸相变材料吸附到海泡石内部孔隙中。将步骤(2)中制备的介孔GO/TiO2光催化材料涂敷在吸附过月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的海泡石表面。
对实施例1～3制备的相变控温调湿净化性能的复合材料进行调温调湿光催化降解甲醛性能检测。
(1)调温性能测试：采用CENTER304/309型热电偶，采用步冷曲线测试相变控温调湿净化性能的光催化复合材料的相变调温性能。首先称取10g试样放入试管中，将热电偶的温度探头***试样中，将装有试样的试管放入60℃水浴中，待热电偶探测温度达到60℃，取出试管快速放入10℃水浴中，待热电偶探测温度降至10℃取出试管，如此循环3次，计算45℃～15℃降温过程中所需平均时间，用其表示试样相变调温性能。
(2)调湿性能测试：采用等温吸放湿法测试相变控温调湿净化性能的复合材料调湿性能。将试样放入烧杯中，放入烘箱(25±5℃)中烘干至恒重。将干燥后的相变控温调湿净化性能的复合材料放置于干燥皿中，并放于饱和盐溶液上方，间隔24h测试试样质量变化率。
(3)光催化降解甲醛性能测试：将环境舱的温度设置为25±1℃，湿度45±1％，以400W日光灯为灯源，甲醛气体浓度为1mg/m3，按照每1m3空间放置5g相变控温调湿净化性能的光催化复合材料，隔8h采样环境测试舱中气体，通过乙酰丙酮分光光度法检测甲醛浓度，获得环境舱中甲醛气体浓度变化情况。
实施例1～3的复合材料测试结果见表1。
表1复合材料的性能测试结果对比
序号 降温持续时间/s 吸湿量/(g/g) 甲醛降解率/％
实施例1 320 0.256 49.5
实施例2 312 0.287 52.3
实施例3 304 0.307 54.7

Claims (2)

1.一种具有相变控温调湿净化性能的复合材料，其特征在于，该复合材料按质量百分比配方如下：
相变材料：20～25
光催化材料：20～30
多孔调湿材料：45～60
所述相变材料为月桂酸和肉豆蔻酸的混合物，其相变温度为25～32℃；所述光催化材料为介孔氧化石墨烯/二氧化钛(介孔GO/TiO2)，其粒径为150～200nm，孔径为2.2～7.2nm；所述多孔调湿材料为海泡石，粒径为1.5～3.5cm。
2.所述具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备包括如下步骤：
(1)月桂酸—肉豆蔻酸相变材料的制备：将月桂酸和肉豆蔻酸按摩尔比0.67:0.33放入容器中，用恒温磁力搅拌器在2000r/min，70℃水浴条件下将混合物溶解并且搅拌2h得到月桂酸—肉豆蔻酸二元低共熔脂肪酸。
(2)介孔GO/TiO2光催化材料的制备：采用溶胶—凝胶法，以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料，以聚乙烯吡咯烷酮PVP为结构引导剂，柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂合成介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。通过磁力搅拌器制备介孔氧化石墨烯/二氧化钛的水分散液。
(3)具有相变控温调湿净化性能的复合材料的制备：对海泡石进行抽真空，然后按照上述配比，将步骤(1)制备的月桂酸—肉豆蔻酸相变材料加入到海泡石中，通过真空吸附，将月桂酸—肉豆蔻酸相变材料吸附到海泡石内部孔隙中。将步骤(2)中制备的介孔GO/TiO2光催化材料分散液负载于已吸附月桂酸—肉豆蔻酸混合物的海泡石表面。
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