CN114957980B - 一种尼龙12复合材料和制备方法及其在制备储氢罐上的应用 - Google Patents
一种尼龙12复合材料和制备方法及其在制备储氢罐上的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于氢能源存储行业,涉及储氢环节的主要材料,特别涉及一种尼龙12复合材料和制备方法及其在制备储氢罐上的应用。所述的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:尼龙12单体100质量份、尼龙12 50‑80质量份、蒙脱土0.5‑5质量份、引发剂10‑20质量份、催化剂0.2‑2质量份和单体溶液适量。本发明所提供的尼龙12复合材料可用于制备储氢罐,储氢容量高、放氢平台压力高,更适用于低压固态储氢装置和加氢站应用。
Description
技术领域
本发明属于氢能源存储行业,涉及储氢环节的主要材料,特别涉及一种尼龙12复合材料和制备方法及其在制备储氢罐上的应用。
背景技术
当今社会能源与环境问题的凸显迫使人们寻求清洁的可再生能源,从而使得储量丰富、来源广泛、零污染的氢能跃入人类的视野,并受到日益广泛关注。当前,以氢燃料电池为代表的氢能产业正在加速发展,受到世界发达国家政府和企业的高度重视,已成为世界经济新的增长点。我国也高度重视氢能的发展及应用。
氢燃料电池汽车产业链包括制氢、运氢、加氢、车载储氢、燃料电池***、汽车电力驱动***等环节。但受氢燃料自身特性的限制,车载储氢当前已成为难以攻克的环节。目前车载储氢技术主要有高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢等。高压气态储氢因技术相对成熟、成本相对较低成为目前氢燃料电池汽车的主要储氢技术,其车载储氢瓶大多使用35MPa 高压储氢瓶,体积储氢密度为20kg/m3,但目前高压加氢站成本偏高,而且仍存在体积储氢密度偏低和安全隐患大等问题。
目前,市场上储氢产品很多,大体上有甲醇储氢、高压储氢、液化储氢、固态吸附储氢和金属氢化物储氢等,除了高压储氢目前已经商业化外,其他储氢产品目前还处于实验阶段。所以,如何开发能够更好地促进储氢产品的行业需求,并在储氢行业得到广泛应用,成为科研人员亟待解决的问题。
CN113845688A公开了一种冰凌架构的储氢材料制备方法,该方法是将聚乙烯、聚丙烯、尼龙等工程塑料和低温ADC微粒子粉末发泡剂进行称量、配比与搅拌,搅拌好的料放入注塑机料筒,待材料加热后直接注入冰凌产品模具内,进而得到较佳的泡孔结构,形成冰凌框架备用;另一方面进行溶液配制,获得混合溶液即透气胶备用;再一方面配比复合材料备用;接着将备用的冰凌框架、混合溶液、复合材料各放置在各自的容器中进行复合融配,制成储氢成品,使冰凌框架沾满储氢复合材料并满布微孔,在常温状态下能可逆地大量吸收、储存和释放氢气,促进氢能在发电、燃烧环节的安全使用,提高绿色能源的使用效率。
然而,上述储氢材料制备工艺复杂,储氢容量有限、放氢平台压力低。因此,开发储氢容量高、放氢平台压力高的新型储氢材料以满足低压固态储氢装置及加氢站应用需求是目前低压固态储氢技术领域亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尼龙12复合材料和制备方法及其在制备储氢罐上的应用。本发明所提供的尼龙12复合材料可用于制备储氢罐,储氢容量高、放氢平台压力高,更适用于低压固态储氢装置和加氢站应用。
为实现本发明的目的,本发明采用如下技术方案:
一种尼龙12复合材料,其中,所述的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
进一步地,所述的引发剂为质量比为1:(0.01-0.02)的水和12-氨基十二酸。
进一步地,所述的催化剂为十二烷二酸。
进一步地,所述的单体溶液为丙烯酸溶液。
本发明还提供所述的尼龙12复合材料的制备方法,该方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土分散在熔融的尼龙12单体中,得到分散有蒙脱土的尼龙12单体;
2)将尼龙12在单体溶液中浸轧,再进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和催化剂,在惰性气体保护下,进行反应,得到尼龙12复合材料。
进一步地,步骤2)中,将尼龙12在单体溶液中浸轧,尼龙12的带液量为50-120%。
进一步地,步骤2)中,所述的辐照接枝反应在辐照剂量为200-400kGy的条件下进行。
进一步地,步骤3)中,所述的反应在温度270-280℃、压力2.5-3.5Mpa下进行,反应的时间为3.5-5小时。
进一步地,步骤1)中,将蒙脱土分散在熔融的尼龙12单体中时是将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1-3小时。
本发明中,在单体溶液中浸轧的尼龙12为尼龙12纤维。
本发明还提供所述的尼龙12复合材料在制备储氢罐上的应用。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明的尼龙12复合材料可用于制备储氢罐,储氢容量高、放氢平台压力高,更适用于低压固态储氢装置和加氢站应用。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式,所述的实施例是为了进一步描述本发明,而不是限制本发明。
实施例1
该实施例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.01的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1小时,得到分散有蒙脱土的尼龙 12单体;
2)将尼龙12在丙烯酸溶液中浸轧,尼龙12的带液量为50%,再在辐照剂量为200kGy 的条件下进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度270℃、压力2.5Mpa下进行反应,反应时间为3.5小时,得到尼龙12复合材料。
实施例2
该实施例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.02的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡3小时,得到分散有蒙脱土的尼龙 12单体;
2)将尼龙12在丙烯酸溶液中浸轧,尼龙12的带液量为120%,再在辐照剂量为400kGy 的条件下进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度280℃、压力3.5Mpa下进行反应,反应时间为5小时,得到尼龙12复合材料。
实施例3
该实施例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.015的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡2小时,得到分散有蒙脱土的尼龙 12单体;
2)将尼龙12在丙烯酸溶液中浸轧,尼龙12的带液量为80%,再在辐照剂量为300kGy 的条件下进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度275℃、压力3.0Mpa下进行反应,反应时间为4小时,得到尼龙12复合材料。
实施例4
该实施例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.02的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1.2小时,得到分散有蒙脱土的尼龙12单体;
2)将尼龙12在丙烯酸溶液中浸轧,尼龙12的带液量为90%,再在辐照剂量为250kGy 的条件下进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度278℃、压力3.2Mpa下进行反应,反应时间为4.5小时,得到尼龙12复合材料。
实施例5
该实施例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.01的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡2.6小时,得到分散有蒙脱土的尼龙12单体;
2)将尼龙12在丙烯酸溶液中浸轧,尼龙12的带液量为85%,再在辐照剂量为320kGy 的条件下进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度278℃、压力2.8Mpa下进行反应,反应时间为4.2小时,得到尼龙12复合材料。
对比例1
该对比例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.01的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1小时,得到分散有蒙脱土的尼龙 12单体;
2)向分散有蒙脱土的尼龙12单体中加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度270℃、压力2.5Mpa下进行反应,反应时间为3.5小时,得到尼龙12复合材料。
对比例2
该对比例的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
其中,所述的引发剂为质量比为1:0.01的水和12-氨基十二酸。
制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1小时,得到分散有蒙脱土的尼龙 12单体;
2)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与尼龙12混合后,加入引发剂和十二烷二酸,在惰性气体保护下,在温度270℃、压力2.5Mpa下进行反应,反应时间为3.5小时,得到尼龙 12复合材料。
试验例1
将实施例和对比例的复合材料,在298K下进行储氢性能测定。结果见表1所示:
表1、储氢性能测试结果
储氢容量(wt%) | 放氢平台压力(MPa) | |
实施例1 | 1.78 | 1.37 |
实施例2 | 1.74 | 1.34 |
实施例3 | 1.75 | 1.35 |
实施例4 | 1.72 | 1.36 |
实施例5 | 1.76 | 1.33 |
对比例1 | 1.52 | 0.36 |
对比例2 | 1.47 | 0.24 |
从上述试验结果可以看出,本发明的尼龙12复合材料的储氢容量高、放氢平台压力高,更适用于低压固态储氢装置和加氢站应用。
Claims (8)
1.一种尼龙12复合材料,其特征在于,所述的尼龙12复合材料由如下组分制备而成:
所述的单体溶液为丙烯酸溶液;
所述的尼龙12复合材料采用如下制备方法制备得到:
1)将蒙脱土分散在熔融的尼龙12单体中,得到分散有蒙脱土的尼龙12单体;
2)将尼龙12在单体溶液中浸轧,再进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和催化剂,在惰性气体保护下,进行反应,得到尼龙12复合材料;
步骤2)中,将尼龙12在单体溶液中浸轧,尼龙12的带液量为50-120%;
在单体溶液中浸轧的尼龙12为尼龙12纤维。
2.根据权利要求1所述的尼龙12复合材料,其特征在于,所述的引发剂为质量比为1:(0.01-0.02)的水和12-氨基十二酸。
3.根据权利要求1所述的尼龙12复合材料,其特征在于,所述的催化剂为十二烷二酸。
4.一种权利要求1-3任意一项所述的尼龙12复合材料的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括如下步骤:
1)将蒙脱土分散在熔融的尼龙12单体中,得到分散有蒙脱土的尼龙12单体;
2)将尼龙12在单体溶液中浸轧,再进行辐照接枝反应,得到接枝后的尼龙12;
3)将分散有蒙脱土的尼龙12单体与接枝后的尼龙12混合后,加入引发剂和催化剂,在惰性气体保护下,进行反应,得到尼龙12复合材料;
步骤2)中,将尼龙12在单体溶液中浸轧,尼龙12的带液量为50-120%;
所述的单体溶液为丙烯酸溶液;
在单体溶液中浸轧的尼龙12为尼龙12纤维。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述的辐照接枝反应在辐照剂量为200-400kGy的条件下进行。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述的反应在温度270-280℃、压力2.5-3.5Mpa下进行,反应的时间为3.5-5小时。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,将蒙脱土分散在熔融的尼龙12单体中时是将蒙脱土加入到熔融的尼龙12单体中,超声震荡1-3小时。
8.权利要求1-3任意一项所述的尼龙12复合材料在制备储氢罐上的应用。
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