CN110172332B - 一种高比热容的NaNO3相变储热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高比热容的NaNO3储热材料，是以NaNO3为原料，尿素为燃料，采用溶液燃烧法改性所制备的；原料NaNO3与燃料尿素的化学计量比为2:（1‑4）。本发明所得NaNO3储热材料的物相仍然是NaNO3，并且在其表面和内部生长出线性、针状和球状等特殊结构，固态比热容可增加到1.87 J/(g°C)，与普通NaNO3相比增加了43.8%，液态比热容可增加到1.86J/(g°C)，相比于普通NaNO3增加了51.2%。本发明的NaNO3储热材料具有高比热容、特殊结构等特点，并且该发明中的改性方法简单，为熔盐储热材料改性提供了一个新的思路。

Description

一种高比热容的NaNO3相变储热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高比热容的NaNO3基储热材料及其制备方法，该材料涉及能源领域，应用于太阳能热发电领域。
背景技术
太阳能是生活中最常用的能源，但它受昼夜、季节等自然条件限制，大大限制了太阳能大规模的使用。所以，解决太阳能的储能问题是当今太阳能利用的发展趋势。世界上很多发电站都用熔融盐作为太阳能的蓄热材料，用做太阳能储能的合适的盐类有NaCl、KCl、NaNO3和KNO3，因为这些廉价的盐及盐的混合物可以覆盖从208℃到800℃的非常大的温度区间，即适用于聚光太阳能发电厂和工业过程。
硝酸盐熔点为300℃左右，500℃下性能稳定。同时硝酸盐的价格不贵，很少有腐蚀性，所以在各大电站中应用较广。二元熔盐和三元熔盐是如今研究比较广泛的，例如solarsalt、 hetic熔盐。NaNO3则是所有熔盐中最基础的盐类之一。比热容是储热材料重要的性能之一，提高材料的比热容能有效提升材料的储热能力。
目前，大量学者通过纳米颗粒改性熔盐来提高材料的比热容。但是纳米颗粒合成成本较高，并不能大量工业应用，其提高的比热容并没有很高。普通NaNO3的固态比热容在在1.3 J/(g℃)左右，液态比热容在1.23J/(g℃)左右，而纳米颗粒的添加一般只提高10％-20％左右，而本发明采用溶液燃烧的方法，能够更高的提高熔盐的比热容，其方法简单，原料易获得，能够广泛应用于工业生产中。
发明内容
本发明针对现在NaNO3储热材料比热容低的特点，提供一种高比热容的NaNO3储热材料。相比于普通NaNO3来说，该NaNO3储热材料的固态比热容增加了30.0％-43.8％，液态比热容增加了20.3％-51.2％，能应用于太阳能热发电***。
本发明的另一目的是提供上述NaNO3储热材料的制备方法。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种高比热容的NaNO3储热材料，该储热材料是以NaNO3为原料，尿素为燃料，采用溶液燃烧法改性所制备的。其中，NaNO3与尿素的化学计量比为2:(1-4)。
按照上述方案，所述NaNO3纯度不低于99.0％，尿素纯度不低于99.0％。
本发明所述高比热容的NaNO3储热材料，其固态比热容为1.69-1.87J/(g℃)，液态比热容为1.48-1.86J/(g℃)。
上述高比热容的NaNO3储热材料的制备方法，按照NaNO3与尿素的化学计量比为2:(1-4) 和纯度要求，称取原料NaNO3与燃料尿素，然后使用溶液燃烧法制备得到高比热容的NaNO3储热材料。具体包括如下的步骤：
(1)前处理：称取NaNO3和尿素，研磨10-15min使之充分混合，放入试管中，然后往试管中加入适量的去离子水将其溶解(一般去离子水的量为NaNO3质量的3-5倍比较适宜)，再置于90-120℃水浴加热1.5-2h，超声振荡20-30min，使得溶液充分混合，所得混合溶液放入坩埚等待点燃；
(2)燃烧改性：将井式炉温度升至500-550℃预热，然后将步骤(1)所得盛装混合溶液的坩埚放入井式炉中点燃，点燃10-15min后取出坩埚，从而得到改性后的NaNO3储热材料，即高比热容的NaNO3储热材料。
与现有的NaNO3相变储热材料及其改性方法来比，本发明的高比热容的NaNO3储热材料具有如下的优点：
(1)采用溶液燃烧的方法，与常规添加纳米颗粒改性储热材料的比热容方法相比，该方法一步改性，方法简单，成本较低，能够广泛应用与工业使用中。
(2)使用溶液燃烧法改性后的NaNO3物相不变，说明该方法并不会影响材料的成分，也就不会影响该储热材料的使用。
(3)改性后的NaNO3基相变储热材料微观下具有线性、针状和球状等特殊结构，这些特殊结构提高了材料的比热容，并且该材料的固态比热容相比于普通NaNO3来说增加了30.0％-43.8％，液态比热容增加了20.3％-51.2％。
附图说明
图1为实施例1-3的比热容图；
图2为实施例1-3的扫描电镜图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中，原料NaNO3的纯度为99.0％，燃料尿素的纯度为99.0％。
实施例1
一种高比热容的NaNO3储热材料，其制备方法具体包括以下步骤：
(1)前处理：称取4.25g NaNO3和1.5g尿素，研磨10min使之充分混合，放入试管；在试管中加入15ml去离子水，充分溶解；将试管放入水浴锅中加热2h，水浴温度为100℃，超声振荡30min，使得溶液充分混合，所得混合溶液放入坩埚等待点燃；
(2)燃烧改性：将井式炉温度升至500℃预热；将将步骤(1)所得盛装混合溶液的坩埚放入井式炉中点燃，点燃15min后取出坩埚内的样品，从而得到改性后的NaNO3储热材料，即为高比热容的NaNO3储热材料。
经XRD、SEM和DSC测试得到的结果如下：本实施例所得改性后的NaNO3储热材料，其物相仍为NaNO3，该改性后的NaNO3颗粒的表面上出现了大量的树枝状和线状结构，并且其固态比热容增加到1.82J/(g℃)，液态比热容增加到1.67J/(g℃)。
实施例2
一种高比热容的NaNO3储热材料，其制备方法具体包括以下步骤：
(1)前处理：称取4.25g NaNO3和3g尿素，研磨10min使之充分混合，放入试管；在试管中加入15ml去离子水，充分溶解；将试管放入水浴锅中加热2h，水浴温度为100℃，超声振荡30min，使得溶液充分混合，所得混合溶液放入坩埚等待点燃；
(2)燃烧改性：将井式炉温度升至500℃预热；将将步骤(1)所得盛装混合溶液的坩埚放入井式炉中点燃，点燃15min后取出坩埚内的样品，从而得到改性后的NaNO3储热材料，即为高比热容的NaNO3储热材料。
经XRD、SEM和DSC测试得到的结果如下：本实施例所得改性后的NaNO3储热材料，其物相仍为NaNO3，改性NaNO3颗粒的表面上形成了大量的针状和球形结构，并且其固态比热容增加到1.87J/(g℃)，液态比热容增加到1.86J/(g℃)。
实施例3
一种高比热容的NaNO3储热材料，其制备方法具体包括以下步骤：
(1)前处理：称取4.25g NaNO3和6g尿素，研磨10min使之充分混合，放入试管；在试管中加入15ml去离子水，充分溶解；将试管放入水浴锅中加热2h，水浴温度为100℃，超声振荡30min，使得溶液充分混合，所得混合溶液放入坩埚等待点燃；
(2)燃烧改性：将井式炉温度升至500℃预热；将将步骤(1)所得盛装混合溶液的坩埚放入井式炉中点燃，点燃15min后取出坩埚内的样品，从而得到改性后的NaNO3储热材料，即为高比热容的NaNO3储热材料。
经XRD、SEM和DSC测试得到的结果如下：本实施例所得改性后的NaNO3储热材料，其物相仍为NaNO3，改性NaNO3内部出现的针状，线状和球状结构变得更均匀，并且其固态比热容增加到1.69J/(g℃)，液态比热容增加到1.48J/(g℃)。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例以及具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的技术范围内，想到的局部调整，都应涵盖本发明的保护范围内，所以本发明的保护范围以权利要求为准，切不限于上述较佳实施例，在其范围内的各个方案都应受本发明约束。

Claims (9)

1.一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于该储热材料是以NaNO3为原料，尿素为燃料，采用溶液燃烧法改性所制备的。
2.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于原料NaNO3与燃料尿素的化学计量比为2:(1-4)。
3.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于原料NaNO3的纯度不低于99.0％，燃料尿素的纯度不低于99.0％。
4.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于该储热材料，其固态比热容为1.69-1.87J/(g℃)，液态比热容为1.48-1.86J/(g℃)。
5.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于原料NaNO3与燃料尿素的化学计量比为2:1时，该储热材料的固态比热容为1.82J/(g℃)，液态比热容为1.67J/(g℃)。
6.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于原料NaNO3与燃料尿素的化学计量比为1:1时，该储热材料的固态比热容为1.87J/(g℃)，液态比热容为1.86J/(g℃)。
7.根据权利要求1所述的一种高比热容的NaNO3储热材料，其特征在于原料NaNO3与燃料尿素的化学计量比为1:2时，该储热材料的固态比热容为1.69J/(g℃)，液态比热容为1.48J/(g℃)。
8.一种高比热容的NaNO3储热材料的制备方法，其特征在于按照NaNO3与尿素的化学计量比为2:(1-4)和纯度要求，称取原料NaNO3与燃料尿素，然后使用溶液燃烧法制备得到高比热容的NaNO3储热材料。
9.一种高比热容的NaNO3储热材料的制备方法，其特征在于具体包括如下的步骤：
(1)前处理：按照NaNO3与尿素的化学计量比为2:(1-4)和纯度要求，称取原料NaNO3与燃料尿素，混合后研磨10-15min，然后加入水溶解后，在90-100℃水浴加热1.5-2h，再超声振荡20-30min，得到混合溶液；
(2)燃烧改性：将井式炉温度升至500-550℃预热，然后将步骤(1)所得混合溶液放入井式炉中点燃，点燃10-15min后取出，从而得到改性后的NaNO3储热材料，即高比热容的NaNO3储热材料。
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