WO2018202623A1 - Composite material for storing water and/or heat - Google Patents

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WO2018202623A1
WO2018202623A1 PCT/EP2018/061036 EP2018061036W WO2018202623A1 WO 2018202623 A1 WO2018202623 A1 WO 2018202623A1 EP 2018061036 W EP2018061036 W EP 2018061036W WO 2018202623 A1 WO2018202623 A1 WO 2018202623A1
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composite material
salt
salts
hydrogel
active
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PCT/EP2018/061036
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Inventor
Paul Kallenberger
Michael FRÖBA
Michael Steiger
Felix BRIELER
Konrad POSERN
Original Assignee
Universität Hamburg
Bauhaus-Universität Weimar
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a composite material for reversible water absorption and / or heat storage.
  • the invention applies a composite material that combines a host structural ⁇ structure based on polysaccharide acids or salts thereof and one or more introduced into the host structure active salts environmentally which can take up water by hydration and dehydration and deliver or store heat and release can.
  • Materials with the capability of reversible absorption of water, especially of water vapor from the air, are widely used, for example as building materials or to be conditioned ⁇ discrimination of food. Materials that are able to absorb large amounts of water or even small amounts of water vapor from the air and selectively release the stored water, can serve the provision of useful or even drinking water in water-poor areas.
  • the reversible water storage is usually accompanied by a reversible heat storage.
  • Sensitive heat storage involves the storage of heat by increasing the temperature of a storage medium.
  • the heat absorption causes a phase transition, in the reverse direction, the heat is released again.
  • a third possibility is the heat storage ⁇ by chemical reaction, this method in principle has the largest heat storage density compared to the two aforementioned possibilities.
  • thermochemical reaction In the heat storage by chemical reaction can be distinguished between heat storage by adsorption and heat storage by thermochemical reaction.
  • the adsorption of water or other adsorptive agents on the surface of, for example, zeolites or silicas is known and already commercially used.
  • thermochemical reaction The storage of heat by a thermochemical reaction can be achieved in various ways.
  • play as naten by reversible decomposition reactions of carbonyl, oxides, hydroxides and hydrates.
  • phases of heat surplus eg due to high solar radiation or heat-releasing processes, the excess heat can be stored by the reversible decomposition reaction, eg the dehydration of a hydrate, and released again at a later time if necessary.
  • the individual materials differ in their heat storage density and the mögli ⁇ chen temperature range in which take place the reversible reactions and thus comes for the application as a heat storage in question.
  • Niedrigtemperaturbe ⁇ range of below 150 ° C play an important role salt hydrates.
  • the use of pure salts in powder form results in the aggregation of the individual particles, which ⁇ continuous reaction to give the corresponding hydrates or of incomplete dehydration leads to incomplete to the anhydrates.
  • WO 2014/104886 A1 describes, for example, a composite for heat storage, which comprises a thermochemical material which is enclosed in a water vapor-permeable, porous polymer material.
  • a composite for heat storage which comprises a thermochemical material which is enclosed in a water vapor-permeable, porous polymer material.
  • salt hydrates such as CaCl 2
  • porous polymer materials such as cellulose or ethyl cellulose and Verwen ⁇ tion
  • Kallenberger et al. discloses a composite material of a polymer and MgSC.
  • hydromagnesite particles are embedded in a polymer matrix of phenol-formaldehyde resin and poloxamers and converted into MgSC ⁇ by treatment with sulfuric acid.
  • a composite material is obtained having a volumetric thermal storage ⁇ cherêt of 0.93 kJ / cm 3 and may undergo up to 40 cycles of Hydratation- and dehydration.
  • the invention is therefore based on the object to provide a material which is suitable for storing water or for storing heat on the basis of salt hydrates and in particular a reversible heat absorption and Abgäbe he ⁇ allows, has a high permeability to water vapor and a high Has heat storage density.
  • the material through a high cycle stability be gekennzeich ⁇ net and be easy to manufacture and flexible in use.
  • This object is achieved by the composite material according to one of claims 1 to 8.
  • the invention also relates to the method according to any one of claims 9 to 13 and the use of the composite material according to claim 14 or 15.
  • the composite material according to the invention for storing water and / or heat is characterized in that it comprises a host structure based on polysaccharide acids or salts thereof and one or more active salts introduced into the host structure which store heat by hydration and dehydration. can give.
  • the composite material according to the invention has outstanding properties in order to be used as a water reservoir and / or a thermochemical heat store.
  • the invention compo ⁇ sitmaterial the high heat storage density, high Wasserspei ⁇ cherêt and high cycle stability of the water absorption and -abgäbe on.
  • the high cycle stability is achieved in particular by the fact that its incorporation into the dimensionally stable host structure can avoid or at least reduce agglomeration of active salt or washing out of active salt under hydration conditions.
  • composite material according to the invention is characterized particularly by the fact that the stored via thermochemical reaction heat not only completely but also partially released again can be .
  • the composite material is therefore characterized in particular by the fact that the host structure and thus the composite material itself is present as a solid under standard conditions, ie at 25 ° C. and 1.0 bar. Furthermore, the composite material characterized in particular in that the one or more active salts are incorporated as solid ⁇ material into the host structure. Preferably, the active salt is also present at a temperature of 28 ° C and a water vapor pressure of less than 10 mbar as a solid.
  • the composite material is preferably in the form of particles having a mean diameter (number average) of 0.1 to 10 mm, in particular 0.2 to 8 mm, preferably 0.5 to 6 mm, be ⁇ Sonders preferably 1.0 to 5.0 mm ago.
  • the particle size can be determined by a light microscope or a micrometer.
  • the particles are preferably present in spherical form.
  • the particle size depends on the conditions in the synthesis of the composite material. In particular, the particle size depends on the size of the drops of polysaccharide salt solution added to an active salt or gelling salt solution. Large drops lead to large particles, small drops lead to small particles.
  • the droplet size can be influenced by the flow rate of the polysaccharide salt solution and the size of the outlet nozzle.
  • special equipment can be used, such as a Büchi Encapsulator B390, which is manufactured in are able to generate small drops from a fluid flow via a vibrating membrane.
  • particles having a particle size as described above are particularly advantageous, since the composite material having such a particle size has both a high bulk density and a good wettability with water vapor.
  • Particles of the composite material according to the invention with a diameter of less than 0.1 mm can not flow sufficiently well, since the pressure loss during flow through the bed can be too high, so that good accessibility of the stored salt is not guaranteed safe for water vapor.
  • a diameter of more than 10 mm leads to a reduced bulk density of the composite material, which basically reduces the volumetric storage density and consequently increases the space requirement of the water and / or heat storage, which in turn does not make the composite material as broad as possible Scope is made available.
  • the diffusion pathways within the particle lengthen so that the rate of hydration and dehydration can be slowed.
  • mixtures of small and larger particles within the range described above are advantageous because they positively influence the bulk density and thus increase the storage density of the composite material.
  • the host structure of the composite material according to the invention preferably has an average pore size as determined by scanning electron microscopy ⁇ , in the range from 1 to more than 10 ym, the ⁇ particular 1 to 10 ym, on.
  • the host structure of the composite material according to the invention serves as a matrix or carrier structure for the one or more active ingredients. salts.
  • the host structure comprises one or more polysaccharide acids or a salt thereof.
  • Polysaccharide acids are polysaccharides having carboxy groups in their structural formula. It is believed that the carboxyl groups of the deprotonated Polysaccharidklare occur in aqueous solution with the cations of the active salt or other salt such as the below be ⁇ signed Geliersalzen, complex-like interact so as a hydrogel, ie, a three-dimensional network structure, form.
  • the host structure of the composite material according to the invention comprises one or more poly ⁇ saccharidklaridklaren selected from the group consisting of halides Polyuro-, ronsäure alginic, pectic acids, carboxymethyl cellulose, hyaluronic, and mixtures or salts thereof.
  • ei ⁇ ne host structure is based on sodium or potassium, Nat ⁇ rium- or Kaliumpektinat or sodium or Kaliumcarboxyme- methylcellulose preferred. More preferably a host Struk ⁇ ture is based on sodium alginate.
  • Alginates, in particular sodium alginates, are commercially available. They are harmless as toxico ⁇ cally.
  • Alginates are extracted from algae and therefore do not require a chemical synthesis process. They find a variety of applications in food and biotechnology. It is possible that the host structure changes during the synthesis of the composite material, during the drying, the exchange of salts or during the subsequent use of the composite material in the hydration or dehydration, so that, for example, no sodium alginate per se, but reaction or decomposition products thereof form the host structure.
  • the active salt is selected from the group consisting of chlorides, bromides, sulfates, sulfites, phosphates, hydrates of these salts or combinations thereof. Specifically, it is selected from the group consisting of LiCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, Li 2 S0 4, Na 2 S0 4, MgS0 4, CaS0 4, SrS0 4, A ⁇ 2 (S0 4 ) 3, a 2 S, LiBr, SrBr 2 , hydrates of these salts, such as MgS0 4 * H 2 O, MgS0 4 * 6 H 2 0, MgS0 4 * 7 H 2 0, Al 2 (S0 4) 3 * 18 H 2 0, MgCl 2 * 6H 2 0, CaCl 2 * 2 H 2 0, CaCl 2 * 6 H 2 0, Na 2 S * 5 H 2 0, SrCl 2 * 6H 2 0, SrBr 2 * H 2 O, SrBr 2 * 6 H 2 O and CaS
  • the active salt is particularly preferably selected from the group consisting of MgS0 4 , MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 and mixtures thereof, in particular for applications as heat storage.
  • the active salt is particularly preferably CaCl 2 .
  • the active salt is incorporated in the host structure as a solid and is used for reversible water and / or heat storage. It can be hydrated and dehydrated depending on temperature and water vapor pressure.
  • the active salt preferably ⁇ its solid form, ie even at a hydration at a temperature of 28 ° C and a water vapor pressure of up to 10 mbar occurs essentially no phase transition of the active salt in the liquid state or no dissolution of the salt.
  • the active salts are dehydrated and charged the heat storage. If the charged composite material brought into contact with moist air, so it comes in from ⁇ sufficiently high water vapor pressure in an exothermic hydration and the composite material is the reaction enthalpy in the form of heat.
  • heat which is provided eg by solar thermal energy, for charging (dehydration) and thus to store it thermochemically in the composite material and to release it again during hydration, eg in times of low solar irradiation.
  • heat provided by, for example, solar thermal energy can be used to deliver water (dehydration) from the composite material, and in times of low heat input, the composite material can resume water, for example from atmospheric moisture (hydration).
  • the one or more active salts are capable of storing and releasing heat through hydration and dehydration.
  • the one or more solid active salts are in the La ⁇ ge, by chemical reaction with a gaseous reactant, in particular water vapor, to store heat or deliver.
  • a gaseous reactant in particular water vapor
  • latent heat storage it is possible to release the amount of heat only partially, and the release is not only at a material-dependent solid phase transition temperature.
  • the presence of the one or more active salts in the host structure can be demonstrated by X-ray diffraction or by energy dispersive X-ray spectroscopy.
  • inventive compos ⁇ TERIAL two or more different active salts.
  • Ver ⁇ application of two or more different active salts various temperature ranges for the activation (Dehydrata- tion) and water vapor pressures for the heat release (of hydration on) can be exploited.
  • a very flexible one ⁇ settable water and / or heat storage is obtained.
  • a composite material according to the invention is preferred wherein the active salt comprises at least 30 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, in particular at least 70 wt .-% and particularly be ⁇ vorzugt at least 80 wt .-% of the composite material, be ⁇ attracted to the dehydrated form of the active salt and Ge ⁇ fels the composite material.
  • a high proportion by weight of active salt in the composite material contributes to high water or heat storage density, which is generally desirable for a platzspa ⁇ -saving application of water or heat storage.
  • the amount of active salt in the composite material can be determined at ⁇ example by ICP-OES (with ⁇ means of inductively coupled plasma optical emission). For this purpose, the composite material is ground, dried at 130 ° C, with water extracted and filtered, and the filtrate Siert by ICP-OES analy ⁇ siert.
  • a composite material which particularly preferably has a cycle stabilizer ⁇ formality of hydration and dehydration of at least 10 cycles, preferably 20 cycles, and at least 30 cycles.
  • the cycling stability is measured by the composite material stored in a climate chamber and abwech ⁇ nately heated (dehydrated), and then loaded with moisture- ⁇ speed (hydrated) is. Cycle stability exists when no weight loss is recorded in each hydrated state after a certain number of cycles and after the letz ⁇ th cycle the calorimetrically determined heat release of the composite material corresponds to at least the heat release in the out put ⁇ stand or is greater than this.
  • the composite material according to the invention also has a heat storage density of at least 1.0 KJ / cm 3 , in particular at least 1.2 KJ / cm 3 and particularly preferably ⁇ at least 1.5 KJ / cm 3 .
  • the storage density is determined by calorimetric measurements.
  • Preferably used is a Setaram C80 calorimeter with a humidity generator.
  • the composite material is dehydrated in an oven and then placed in a measuring cell. It is passed a stream of dry air over the sample and introduced the measuring cell in the Kalo ⁇ rimeter. The temperature of the sample is determined continuously and heat flow is recorded. The air ⁇ current is converted to a moist air stream and released from the material by hydration heat quantity will be ⁇ distinguished. From the bulk density of the material and heat control ⁇ setting the storage densities can be calculated.
  • composite material according to the invention before ⁇ a water absorption of at least 0.2 g (H 2 O) per g (composite material), particularly at least 0.5 g (H 2 O) per g (composite material), more preferably at least 0.6 g (H 2 O) per g (composite material), such as 0.8 or 0.9 g (H 2 O) per g (composite material), wherein the water uptake determined by exposing samples dehydrated at 130 ° C for 12 hours for 12 hours to a stream of air at 30 ° C and at least 30% relative humidity. Specifically, the samples are placed an air stream at 30 ° C and 30%, 60% or 84% relative humidity from ⁇ .
  • samples containing CaCl 2 or MgCl 2 as the active salt are exposed to a 30% relative humidity air stream, SrCl 2 as the active salt to a 60% RH air stream, and MgSC as the active salt to 84% RH air stream.
  • the active salt is also at the end of Hydrati ⁇ onsrepress usually as a solid. Only when using very hygroscopic active salts, such as CaCl 2 and MgCl 2 , is it possible to rule out the onset of solution formation. However, such dissolution does not occur, if at all, until the end of the hydration reaction, so that the vast majority of water retention occurs as a gas-solid reaction.
  • the Kom ⁇ positmaterial (a water absorption capacity of at least 300 kg (H 2 0) per m 3 (composite material), particularly at least 400 kg (H 2 0) per m 3 (composite material), more preferably at least 500 kilograms H 2 0) per m 3 (composite material), most preferably at least 600 kg (H 2 O) per m 3 (composite material), the water absorption capacity being determined by dehydrated samples at 130 ° C for 12 hours 12 hours of air flow at 30 ° C and at least 30% relative humidity, as described above ⁇ be exposed.
  • the heat storage densities obtained in accordance with the invention are in some cases several times greater than the theoretical values for the sensible heat storage density of water in the temperature range from 20 ° C. to 70 ° C., the latent heat storage density of the phase transition of water at 0 ° C. and the heat storage density of the adjusttant. Sorption on commercially used zeolites, as shown in Table 1.
  • the present invention also relates to processes for the preparation of the composite material according to the invention.
  • the invention relates to a method for the manufacture ⁇ development of the composite material according to the invention, in which a) an aqueous mixture of Polysaccharidklare or a salt thereof and one or more Geliersalzen provides vicege- is to form a hydrogel, wherein the or the
  • the Polysaccharidklare or a salt thereof and / or one or more gelling salts can thereby be solved, especially in what ⁇ ser.
  • the polysaccharide acid solution may be added dropwise to the solution of the gelling salt or vice versa.
  • the interactions of the functional groups of the polysaccharide acid with the cations of the gelling salt form a hydrogel. More befindliches in the solution gelling ⁇ salt can diffuse into the hydrogel and thus becomes incorporated into the hydrochloride ⁇ gel.
  • the solid composite material according to the invention is obtained, which consists of a host structure based on polysaccharide acid and gelling salt. It is preferred that the hydrogel in getrockne ⁇ th state contains at least 30 wt .-% gelling salt, based on the total weight of the dried hydrogel.
  • the gelling salt or at least one of the plurality of gelling salts is an active salt, whereby the composite material is obtained after step b).
  • the hydrogel is treated before drying with the solution of one or more active salts in order to introduce the active salt (s) into the hydrogel and optionally gelling salt from the Displace hydrogel.
  • one or more gelling salts can be exchanged for the one or more active salts introduced or if the gelling salt is already active salt comprising one or more active salts is additionally introduced into the hydrogel ⁇ the.
  • this comprises that
  • the mixture in step a) additionally contains at least one undissolved precursor salt, which is formed in step a) a hydrogel, wherein the at least one precursor salt is turned ⁇ introduced into the hydrogel, and the obtained according to step b) of dried hydro ⁇ gel is treated with an acid to at least one pre ⁇ convert the salt into a run active salt.
  • the Polysaccharidklare or a salt thereof and / or one or more gelling salts can thereby be solved, especially in what ⁇ ser.
  • a suspension of the one or more precursor salts in the polysaccharide acid solution may be added dropwise to the solution of the one or more gelling salts, or conversely, a suspension of the one or more precursor salts in the solution of the one or more gelling salts of the polysaccharide acid solution may be added dropwise.
  • the interaction of the functional groups of the polysaccharide acid with the cations of the one or more gelling salts forms the hydrogel.
  • More befindliches in the solution may diffuse into the Ge liersalz ⁇ hydrogel and falls arrival at the closing the drying process, so that a composite material is obtained which comprises a host structure based on polysaccharide acid and one or more gelling salts introduced therein and one or more precursor salts incorporated therein.
  • the particles formed of the host structure for a certain time such as at least 2 hours or about 12 hours, immersed in the Geliersalzates to ermögli ⁇ chen a particularly suitable diffusion of the Geliersalzes in the hydrogel.
  • the composite material may be washed with water such that the one or more water-soluble gelling salts are removed and the composite material comprises only one polysaccharide acid host structure and the one or more precursor salts incorporated therein.
  • Subsequent acid treatment converts one or more precursor salts to active salt, ie, a salt that can store and / or release water and / or heat through hydration and dehydration.
  • active salt ie, a salt that can store and / or release water and / or heat through hydration and dehydration.
  • active salt ie, a salt that can store and / or release water and / or heat through hydration and dehydration.
  • the composite material comprises the polysaccharide acid host structure and at least one active salt embedded therein.
  • a) particles of a precursor salt are suspended in a solution of a polysaccharide acid or a salt thereof to form a suspension
  • the suspension is mixed with a solution of a Geliersalzes to form a hydrogel, wherein the particles of the pre ⁇ and the gelling salt are introduced into the hydrogel runner salt, c) drying the resulting hydrogel to obtain a compos ⁇ TERIAL,
  • the composite material is washed with water to remove the gelling salt from the composite material
  • the composite material is treated with an acid to convert the precursor salt into an active salt
  • the gelling salt may be an active salt.
  • the precursor salt is selected from the group consisting of Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O, SrC0 3 , CaC0 3 , MgC0 3 , Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Sr (OH) 2 , CaMg (CO 3 ) 2 , MgO, CaO and mixtures and double salts thereof.
  • Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O, MgC0 3 and CaCO 3 are preferred precursor salts.
  • salts are suitable which are water-insoluble even ⁇ substantially and by chemical reaction, for example with an acid can be converted into an active salt.
  • the precursor salt is provided as particles having a diameter of 3 to 100 ⁇ m, preferably 5 to 20 ⁇ m.
  • the particles of the precursor salt preferably have a defined shape and size. In particular, a spherical shape and a Pelleg ⁇ ize of about 10 .mu.m are preferred.
  • the particle size of the precursor ⁇ salt remains in the conversion in the active salt he prefers keeping ⁇ . In this manner, the morphology of the active ⁇ salt on the morphology of the precursor salt can be controlled advertising to.
  • a suitable method for determining the particle size of the precursor salt is scanning electron microscopy.
  • the gelling salt is selected from the group consisting of CaCl 2 , calcium lactate, SrCl 2 , calcium gluconate, strontium lactate, strontium gluconate, barium chloride - IS
  • Suitable salts are also salts which can form a hydrogel with polysaccharide acids, for example the abovementioned active salts.
  • water-soluble salts are suitable which contain Ca 2+ , Sr 2+ or Ba 2+ ions.
  • the acid is selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfurous acid, phosphoric acid and mixtures thereof.
  • the acid may be present as a liquid, gas or solution thereof.
  • the reaction with the acid converts the precursor salt into an active salt containing as anion the anion corresponding to the acid.
  • a Kompositmate ⁇ rial which holds an active salt corresponds in addition to the gelling, which itself can not be used as gelling. If the gelling ent ⁇ removed by washing from the composite material, it is possible to obtain a composite material, which eventually contains an active salt from ⁇ , which itself can not be used as a gelling salt.
  • one or more fillers are further added to the solution of the polysaccharide acid or a salt thereof or the suspension of the one or more precursor salts in the polysaccharide acid solution.
  • the one or more fillers are selected from the group consisting of water-insoluble salts, such as CaC0 3 , carbon particles, such as activated carbon, silica gel, and mixtures thereof.
  • water-insoluble salts such as CaC0 3
  • carbon particles such as activated carbon, silica gel, and mixtures thereof.
  • CaCO 3 and activated carbon are preferred fillers.
  • fillers are suitable which are essentially water-insoluble and are not suitable for water absorption and / or heat storage. can. It is believed that the fillers increase the mechanical stability of the composite material.
  • the particle size depends on the conditions in the synthesis of the composite material, in particular the drop size of the solutions. Nonetheless, if desired, the composite material can also be comminuted to particles of a certain diameter after synthesis , in particular to particles with an average diameter of 0.1 to 5.0 mm, preferably 0.5 to 3.0 mm are processed.
  • the abovementioned processes according to the invention are particularly suitable for providing a composite material with a relatively high amount of active salt, so that a high water and / or heat storage density can be obtained. Furthermore, two or more different active salts can easily be introduced into the host structure by the processes according to the invention.
  • the composite material according to the invention is particularly suitable as a heat storage, which is used for example in homes or in the industrial waste heat recovery application.
  • the invention is therefore also the use of the composite material as a thermo-chemical heat storage material, in particular for re-fetched ⁇ heat storage and -abgäbe.
  • the composite material according to the invention is particularly suitable for storing water, for example, to extract water from the air and recover it later.
  • the invention is therefore also the use of the composite material for repeated water storage and -abgäbe and thus for the production of drinking or utility water from ambient air.
  • the embedded into the solid host structure fixed Ak ⁇ tivsalz a gas stream, for example a stream of air, exposed to a temperature which is sufficient to maintain the active salt at ⁇ least is for use of the composite material as a heat reservoir, partially dehydrate.
  • the liberated crystal ⁇ water is delivered to the gas stream in the form of water vapor.
  • the composite material is now at least partially gela ⁇ the. If the charged composite material is brought into contact with a moist gas stream, eg humid air, then sufficiently high water vapor pressure results in an exothermic hydration, ie a chemical reaction without a physical phase transition of the solid active salt, in particular without a change in the physical state of the active salt. and the composite material releases the reaction enthalpy in the form of heat.
  • the embedded into the solid host structure solid active salt to a moist gas stream for example a moist air stream, be exposed at a water vapor pressure sufficient to hydrate the active salt.
  • Water Discharge from the composite material is again heat, for example, is provided by solar thermal energy, fed and given ⁇ if the released gaseous water introduced ⁇ condensation ge.
  • FIG. 3 of FIG. 1 corresponds to a composite synthesized according to Examples 1, 2 or 6 and analyzed according to Examples 7 and 10.
  • Composite 2 corresponds to a composite synthesized according to Example 3.
  • Composite 1 corresponds to a composite synthesized according to Examples 4 and 5 and analyzed according to Examples 8 and 9.
  • the particle sizes of the composite materials were using a light microscope SZ-60 from Olympus and ei ⁇ ner Micrometer 0-25mm Hellios Preisser be ⁇ agrees.
  • the dried Kom ⁇ positmaterial was gela Gert ⁇ for 11 days more than 37 wt .-% hydrochloric acid.
  • Spherical Kompositmaterialp were obtained with an average diameter of 4 mm, which consist of a skeleton structure based on alginate, to magnesium chloride were converted ⁇ urea precursor salt and calcium chloride intercalated.
  • the Kompositmate- rial was stored for 48 hours at 70 ° C in demineralized water, then filtered and dried at 130 ° C getrock ⁇ net.
  • the dried composite material was stored for 14 days over 37 wt .-% hydrochloric acid.
  • spherical Kompositma ⁇ terialp with a mean diameter of 2 mm, which consisted of a framework structure based on alginate and converted to magnesium chloride precursor salt.
  • Example 5 (synthesis) 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml demineralized What ⁇ ser. There were spherical hydromagnesite Parti ⁇ kel added with a mean diameter of 10 ym 16.00 g. A homogeneous suspension of Hydromagnesitparti ⁇ kel was prepared in the sodium alginate solution by stirring. The resulting suspension was dropwise added dropwise into 400 ml of a 0.2 molar calcium lactate solution to form spherical hydrogel particles with intercalated hydromagnesite. The Hydrogelparti ⁇ kel were stored for 15 hours in the calcium lactate solution, then briefly rinsed with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours.
  • the resulting composite material rial was stored for 72 hours at 70 ° C in demineralized water, then filtered and dried at 130 ° C.
  • the dried composite material was stored for 11 days in sulfuric acid diluted with diethyl ether.
  • spherical composite material particles with a mean diameter of 4 mm which consisted of a framework structure based on alginate and converted to magnesium sulfate precursor salt.
  • Example 2 calorimetric investigations on a composite prepared according to Example 1 are described.
  • the composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter.
  • the measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter and a dry gas stream was passed through the measuring cell at 30 ° C. and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min. passes.
  • the relative Feuch ⁇ ACTION of the gas stream was increased to 30% and thus induces Hydratati ⁇ on the active salt in the composite material.
  • the liberated during the hydration heat was determined using the Kalorime ⁇ ters and recorded.
  • the composite ⁇ material was weighed and water uptake from the difference of the initial and final weight Conference calculated. It was possible to determine a gravimetric storage density of 1239 KJ / g, based on the hydrated material, and a water absorption of 0.89 g / g, based on the dehydrated composite material. From the bulk density of the material and the total amount of heat liberated, a storage density of the compo ⁇ sitmaterials of 1.52 KJ / cm 3, based on the hydrated Ma ⁇ TERIAL calculated.
  • Example 5 calorimetric investigations on a composite prepared according to Example 5 are described.
  • the composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter.
  • the measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter, and it was a dry gas stream at 30 ° C and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min through the measuring cell ge ⁇ passes.
  • the relative Feuch ⁇ ACTION of the gas stream was increased to 84% and thus induces Hydratati ⁇ on the active salt in the composite material.
  • the at the Hydration released heat was determined with the help of Kalorime ⁇ ters and recorded.
  • the composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter.
  • the measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter, and it was a dry gas stream at 30 ° C and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min through the measuring cell ge ⁇ passes.
  • the relative Feuch ⁇ ACTION of the gas stream was increased to 30% and thus induces the hydration of the active salt in the composite material.
  • the liberated during the hydration heat was determined using the Kalorime ⁇ ters and recorded.
  • Example 11 Water Storage and Recovery / CaCl 2 composite

Abstract

The invention relates to a composite material for storing water and/or heat. The invention particularly relates to a composite material having a host structure based on polysaccharide acids or salts, and at least one activated salt inserted into the host structure, which can store or release heat by hydration and dehydration.

Description

Kompositmaterial zur Speicherung von Wasser und/oder Wärme  Composite material for storing water and / or heat
Die Erfindung betrifft ein Kompositmaterial zur reversiblen Wasseraufnahme und/oder Wärmespeicherung . Insbesondere be¬ trifft die Erfindung ein Kompositmaterial, das eine Wirtstruk¬ tur auf Basis von Polysaccharidsäuren oder Salzen davon und ein oder mehrere in die Wirtstruktur eingebrachte Aktivsalze um- fasst, die durch Hydratation und Dehydratation Wasser aufnehmen und abgeben können bzw. Wärme speichern und abgeben können. The invention relates to a composite material for reversible water absorption and / or heat storage. In particular, be ¬, the invention applies a composite material that combines a host structural ¬ structure based on polysaccharide acids or salts thereof and one or more introduced into the host structure active salts environmentally which can take up water by hydration and dehydration and deliver or store heat and release can.
Materialien mit der Fähigkeit zur reversiblen Aufnahme von Wasser, insbesondere auch von Wasserdampf aus der Luft, werden vielfältig eingesetzt, z.B. als Baumaterial oder zur Konditio¬ nierung von Lebensmitteln. Materialien, die in der Lage sind große Mengen von Wasser oder bereits geringe Mengen an Wasserdampf aus der Luft aufzunehmen und das gespeicherte Wasser wieder gezielt freizusetzten, können der Bereitstellung von Nutz- oder gar Trinkwasser in wasserarmen Gebieten dienen. Mit der reversiblen Wasserspeicherung geht meistens eine reversible Wärmespeicherung einher. Materials with the capability of reversible absorption of water, especially of water vapor from the air, are widely used, for example as building materials or to be conditioned ¬ discrimination of food. Materials that are able to absorb large amounts of water or even small amounts of water vapor from the air and selectively release the stored water, can serve the provision of useful or even drinking water in water-poor areas. With The reversible water storage is usually accompanied by a reversible heat storage.
Ein Großteil der weltweit genutzten Energie entfällt auf Kühl- und Heizprozesse. Die Speicherung und Bereitstellung von Energie in Form von Wärme spielt somit eine zunehmend wichtige Rolle, um den Energieverbrauch zu senken und verstärkt regene¬ rative Quellen für die Energieerzeugung zu nutzen. Eine Herausforderung dabei stellt insbesondere der zeitliche Abstand zwischen Verfügbarkeit überschüssiger Wärmeenergie und Wärme¬ energiebedarf dar. Sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich besteht mithin ein Bedarf an Wärmespeichermateria¬ lien, die in der Lage sind, die Zeiten zwischen Wärmebedarf und Wärmebereitstellung möglichst effizient zu überbrücken. Much of the world's energy is used for cooling and heating processes. The storage and supply of energy in the form of heat thus plays an increasingly important role in order to reduce energy consumption and increase the use regene ¬ rative sources for energy production. A challenge here is in particular the time interval between availability of excess heat energy and heat ¬ energy demand. Both consists in the private and in the industrial sector, therefore, a need for heat storage material ¬ lien, which are able to the times between heat demand and heat supply efficiently as possible bridged.
Verschiedene Möglichkeiten der Speicherung von Wärme sind bekannt. Die sensible Wärmespeicherung umfasst die Speicherung von Wärme durch eine Temperaturerhöhung eines Speichermediums. Bei der latenten Wärmespeicherung bewirkt die Wärmeaufnahme einen Phasenübergang, wobei in umgekehrter Richtung die Wärme wieder abgegeben wird. Eine dritte Möglichkeit stellt die Wär¬ mespeicherung durch chemische Reaktion dar, wobei diese Methode im Vergleich zu den beiden zuvor genannten Möglichkeiten grundsätzlich die größte Wärmespeicherdichte aufweist. Various ways of storing heat are known. Sensitive heat storage involves the storage of heat by increasing the temperature of a storage medium. In the latent heat storage, the heat absorption causes a phase transition, in the reverse direction, the heat is released again. A third possibility is the heat storage ¬ by chemical reaction, this method in principle has the largest heat storage density compared to the two aforementioned possibilities.
Bei der Wärmespeicherung durch chemische Reaktion kann zwischen Wärmespeicherung durch Adsorption und Wärmespeicherung durch thermochemische Reaktion unterschieden werden. Beispielsweise ist die Adsorption von Wasser oder anderen Adsorp- tiven auf der Oberfläche von z.B. Zeolithen oder Silicamate- rialien bekannt und bereits kommerziell genutzt. Die Speiche¬ rung von Wärme durch Adsorption unterscheidet sich von der thermochemischen Wärmespeicherung dadurch, dass für die Adsorption nur die aktive Oberfläche des Materials genutzt wer¬ den kann und die Speicherung in den meisten Fällen nur auf schwachen Wechselwirkungen zwischen Adsorptiv und Oberfläche beruht . In the heat storage by chemical reaction can be distinguished between heat storage by adsorption and heat storage by thermochemical reaction. For example, the adsorption of water or other adsorptive agents on the surface of, for example, zeolites or silicas is known and already commercially used. The spoke ¬ tion of heat by adsorbing different from the thermochemical heat storage in that for adsorption used only the active surface of the material ¬ the can and store in most cases only weak interactions between adsorptive and surface based.
Die Speicherung von Wärme durch eine thermochemische Reaktion kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden. Bei¬ spielsweise durch reversible Zersetzungsreaktionen von Carbo- naten, Oxiden, Hydroxiden und Hydraten. In Phasen eines Wärmeüberschusses, z.B. durch hohe Sonneneinstrahlung oder durch wärmefreisetzende Prozesse, kann die überschüssige Wärme durch die reversible Zersetzungsreaktion, z.B. die Entwässerung eines Hydrates, gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt bei Bedarf wieder freigesetzt werden. Die einzelnen Materialien unterscheiden sich in ihrer Wärmespeicherdichte und dem mögli¬ chen Temperaturbereich, in dem die reversiblen Reaktionen stattfinden und der somit für die Anwendung als Wärmespeicher in Frage kommt. Für Wärmespeicherung im Niedrigtemperaturbe¬ reich unterhalb von 150 °C spielen Salzhydrate eine wichtige Rolle . Ein häufiges Problem bei der Verwendung von Salzhydraten als Wärmespeichermaterial ist allerdings die Strukturierung des Materials. Die Verwendung von reinen Salzen in Pulverform führt zur Aggregation der einzelnen Partikel, was zu unvoll¬ ständiger Umsetzung zu den entsprechenden Hydraten bzw. un- vollständiger Dehydratation zu den Anhydraten führt. Es wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass die Salze in poröse Träger- bzw. Wirtstrukturen eingebracht werden, die eine Aggregation verhindern und die Zugänglichkeit des Salzes erhöhen sollen. The storage of heat by a thermochemical reaction can be achieved in various ways. In ¬ play as naten by reversible decomposition reactions of carbonyl, oxides, hydroxides and hydrates. In phases of heat surplus, eg due to high solar radiation or heat-releasing processes, the excess heat can be stored by the reversible decomposition reaction, eg the dehydration of a hydrate, and released again at a later time if necessary. The individual materials differ in their heat storage density and the mögli ¬ chen temperature range in which take place the reversible reactions and thus comes for the application as a heat storage in question. For heat storage in Niedrigtemperaturbe ¬ range of below 150 ° C play an important role salt hydrates. A common problem with the use of salt hydrates as heat storage material, however, is the structuring of the material. The use of pure salts in powder form results in the aggregation of the individual particles, which ¬ continuous reaction to give the corresponding hydrates or of incomplete dehydration leads to incomplete to the anhydrates. An attempt is made to solve this problem by introducing the salts into porous carrier or host structures which are intended to prevent aggregation and increase the accessibility of the salt.
Die WO 2014/104886 AI beschreibt beispielsweise ein Komposit zur Wärmespeicherung, das ein thermochemisches Material um- fasst, welches in einem wasserdampfdurchlässigen, porösen Polymermaterial eingeschlossen ist. Insbesondere wird die Ein- lagerung von Salzhydraten, wie z.B. CaCl2, in porösen Polymer- materialien wie Cellulose oder Ethylcellulose und die Verwen¬ dung als Wärmespeicher in bis zu 5 Zyklen aus Hydratation- und Dehydratation berichtet. Ferner beschreiben Kallenberger et al . (Chem. Ing. Tech. 2016, 88, No . 3, 379-384) ein Kompositmaterial aus einem Polymer und MgSC . Zur Herstellung des Kompositmaterials werden präformierte Hydromagnesit-Partikel in eine Polymermatrix aus Phenol- Formaldehyd-Harz und Poloxameren eingebettet und durch Behand- lung mit Schwefelsäure in MgSC^ umgewandelt. Dabei wird ein Kompositmaterial erhalten, das eine volumetrische Wärmespei¬ cherdichte von 0,93 kJ/cm3 aufweist und bis zu 40 Zyklen aus Hydratation- und Dehydratation durchlaufen kann. Publizierte Ergebnisse zu Salzen in Wirtstrukturen zeigen bis¬ her jedoch häufig zu geringe Zyklenstabilität, zu geringe Speicherdichten und/oder erfordern einen zu hohen Herstellungsaufwand, um eine kommerzielle Nutzung zu realisieren. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Material bereitzustellen, das zur Speicherung von Wasser oder zur Speicherung von Wärme auf Basis von Salzhydraten geeignet ist und das insbesondere eine reversible Wärmeaufnahme und -abgäbe er¬ möglicht, eine hohe Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweist und eine hohe Wärmespeicherdichte aufweist. Des Weiteren soll¬ te das Material durch eine hohe Zyklenstabilität gekennzeich¬ net sein sowie einfach herstellbar und flexibel anwendbar sein . Diese Aufgabe wird durch das Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gelöst. Gegenstand der Erfindung sind eben¬ falls die Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 sowie die Verwendung des Kompositmaterials nach Anspruch 14 oder 15. Das erfindungsgemäße Kompositmaterial zur Wasser- und/oder Wär- mespeicherung zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Wirtstruktur auf Basis von Polysaccharidsäuren oder Salzen davon und ein oder mehrere in die Wirtstruktur eingebrachte Aktivsalze um- fasst, die durch Hydratation und Dehydratation Wärme speichern bzw. abgeben können. WO 2014/104886 A1 describes, for example, a composite for heat storage, which comprises a thermochemical material which is enclosed in a water vapor-permeable, porous polymer material. In particular, the incorporation of salt hydrates, such as CaCl 2 , in porous polymer materials such as cellulose or ethyl cellulose and Verwen ¬ tion as a heat storage in up to 5 cycles of hydration and dehydration reported. Furthermore, Kallenberger et al. (Chem. Ing. Tech. 2016, 88, No. 3, 379-384) discloses a composite material of a polymer and MgSC. For the preparation of the composite material preformed hydromagnesite particles are embedded in a polymer matrix of phenol-formaldehyde resin and poloxamers and converted into MgSC ^ by treatment with sulfuric acid. Here, a composite material is obtained having a volumetric thermal storage ¬ cherdichte of 0.93 kJ / cm 3 and may undergo up to 40 cycles of Hydratation- and dehydration. Published results on salts in host structures they frequently inadequate cycle stability to ¬ forth to low densities and / or require too high production costs in order to realize a commercial use. The invention is therefore based on the object to provide a material which is suitable for storing water or for storing heat on the basis of salt hydrates and in particular a reversible heat absorption and Abgäbe he ¬ allows, has a high permeability to water vapor and a high Has heat storage density. In addition to ¬ te the material through a high cycle stability be gekennzeich ¬ net and be easy to manufacture and flexible in use. This object is achieved by the composite material according to one of claims 1 to 8. The invention also relates to the method according to any one of claims 9 to 13 and the use of the composite material according to claim 14 or 15. The composite material according to the invention for storing water and / or heat is characterized in that it comprises a host structure based on polysaccharide acids or salts thereof and one or more active salts introduced into the host structure which store heat by hydration and dehydration. can give.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass durch die Verwendung einer Wirtstruktur auf Basis von Polysaccharidsäuren oder Salzen davon eine besonders einfache Synthese eines Kompositmaterials zur Wasser- und/oder Wärmespeicherung möglich ist, indem ein Hydrogel der Polysaccharidsäuren mit darin eingebettetem Aktivsalz gebildet und anschließend getrocknet wird. Zudem wurde ge¬ funden, dass die so erhaltene Wirtstruktur eine Porosität auf¬ weist, die eine sehr gute Wasserdampfdurchlässigkeit gewährleis¬ tet, und zugleich eine hinreichend große Strukturstabilität auf¬ weist, so dass eine Aggregation der Aktivsalze bei wiederholter Hydration und Dehydration vermieden wird. Ferner liegt das so erhaltene Kompositmaterial in Form von Partikeln vor, insbesondere sphärischen Partikeln, deren äußere Formstabilität eine gu¬ te Durchströmung der geschütteten Partikel ermöglicht. It has surprisingly been found that by using a host structure based on polysaccharide acids or salts thereof, a particularly simple synthesis of a composite material for water and / or heat storage is possible by forming a hydrogel of polysaccharide acids with active salt embedded therein and then drying. In addition, ge ¬ found was that the host structure thus obtained has a porosity ¬ which is a very good water vapor permeability guarantees leis ¬ tet, and at the same time has a sufficiently large structural stability ¬ so that an aggregation of the active salts is avoided on repeated hydration and dehydration. Furthermore, the composite material thus obtained is present in the form of particles, in particular spherical particles whose external dimensional stability allows a good flow through the poured particles.
Ebenso wurde überraschenderweise gefunden, dass das erfindungs¬ gemäße Kompositmaterial über hervorragende Eigenschaften ver- fügt, um als Wasserspeicher und/oder thermochemischer Wärmespeicher verwendet zu werden. So weist das erfindungsgemäße Kompo¬ sitmaterial eine hohe Wärmespeicherdichte, eine hohe Wasserspei¬ cherdichte und eine hohe Zyklenstabilität der Wasseraufnahme und -abgäbe auf. Die hohe Zyklenstabilität wird insbesondere dadurch erreicht, dass durch seine Einlagerung in der formstabilen Wirtstruktur eine Agglomeration von Aktivsalz oder ein Herauswaschen von Aktivsalz unter Hydrationsbedingungen vermieden oder zumindest verringert werden kann. Während Latentwärmespeicher, bei denen die Wärme mittels eines Phasenübergangs gespeichert wird, nach der Initiierung die ge¬ speicherte Wärme vollständig wieder abgeben, zeichnet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial insbesondere dadurch aus, dass die mittels thermochemischer Reaktion gespeicherte Wärme nicht nur vollständig, sondern auch partiell wieder abgegeben werden kann . Likewise, it has surprisingly been found that the composite material according to the invention has outstanding properties in order to be used as a water reservoir and / or a thermochemical heat store. Thus, the invention compo ¬ sitmaterial the high heat storage density, high Wasserspei ¬ cherdichte and high cycle stability of the water absorption and -abgäbe on. The high cycle stability is achieved in particular by the fact that its incorporation into the dimensionally stable host structure can avoid or at least reduce agglomeration of active salt or washing out of active salt under hydration conditions. During the latent heat storage where the heat is stored by a phase transition, after the initiation of the ge ¬ stored heat fully leave again, composite material according to the invention is characterized particularly by the fact that the stored via thermochemical reaction heat not only completely but also partially released again can be .
Das Kompositmaterial zeichnet sich somit insbesondere dadurch aus, dass die Wirtstruktur und mithin das Kompositmaterial an sich unter Standardbedingungen, d.h. bei 25°C und 1,0 bar, als Feststoff vorliegt. Ferner zeichnet sich das Kompositmaterial insbesondere dadurch aus, dass das oder die Aktivsalze als Fest¬ stoff in die Wirtstruktur eingelagert sind. Vorzugsweise liegt das Aktivsalz auch bei einer Temperatur von 28 °C und einem Wasserdampfdruck von weniger als 10 mbar als Feststoff vor. The composite material is therefore characterized in particular by the fact that the host structure and thus the composite material itself is present as a solid under standard conditions, ie at 25 ° C. and 1.0 bar. Furthermore, the composite material characterized in particular in that the one or more active salts are incorporated as solid ¬ material into the host structure. Preferably, the active salt is also present at a temperature of 28 ° C and a water vapor pressure of less than 10 mbar as a solid.
Das Kompositmaterial liegt vorzugsweise in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser (Zahlenmittel) von 0,1 bis 10 mm, insbesondere 0,2 bis 8 mm, vorzugsweise 0,5 bis 6 mm, be¬ sonders bevorzugt 1,0 bis 5,0 mm vor. Die Teilchengröße kann durch ein Lichtmikroskop oder eine Bügelmessschraube ermittelt werden. Ferner liegen die Partikel bevorzugt in sphärischer Form vor . The composite material is preferably in the form of particles having a mean diameter (number average) of 0.1 to 10 mm, in particular 0.2 to 8 mm, preferably 0.5 to 6 mm, be ¬ Sonders preferably 1.0 to 5.0 mm ago. The particle size can be determined by a light microscope or a micrometer. Furthermore, the particles are preferably present in spherical form.
Die Teilchengröße ist von den Bedingungen bei der Synthese des Kompositmaterials abhängig. Insbesondere hängt die Teilchengröße von der Größe der Tropfen der Polysaccharidsalzlösung ab, die einer Aktivsalz- oder Geliersalzlösung zugegeben werden. Große Tropfen führen zu großen Partikeln, kleine Tropfen führen zu kleinen Partikeln. Die Tropfengröße kann über die Fließgeschwindigkeit der Polysaccharidsalzlösung und die Größe der Austrittdüse beeinflusst werden. Außerdem können spezielle Geräte wie ein Encapsulator B390 der Firma Büchi verwendet werden, die in der Lage sind, über eine vibrierende Membran kleine Tropfen aus einem Fluidfluss zu erzeugen. The particle size depends on the conditions in the synthesis of the composite material. In particular, the particle size depends on the size of the drops of polysaccharide salt solution added to an active salt or gelling salt solution. Large drops lead to large particles, small drops lead to small particles. The droplet size can be influenced by the flow rate of the polysaccharide salt solution and the size of the outlet nozzle. In addition, special equipment can be used, such as a Büchi Encapsulator B390, which is manufactured in are able to generate small drops from a fluid flow via a vibrating membrane.
Es wurde gefunden, dass Partikel mit einer oben beschriebenen Teilchengröße besonders vorteilhaft sind, da das Kompositmateri¬ al bei einer solchen Teilchengröße sowohl eine hohe Schüttdichte als auch eine gute Durchströmbarkeit mit Wasserdampf aufweist. Partikel des erfindungsgemäßen Kompositmaterials mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 mm lassen sich nicht ausreichend gut durchströmen, da der Druckverlust beim Durchströmen der Schüttung zu hoch werden kann, so dass eine gute Zugänglichkeit des eingelagerten Salzes für Wasserdampf nicht sicher gewährleistet ist. Auf der anderen Seite führt ein Durchmesser von mehr als 10 mm zu einer verringerten Schüttdichte des Komposit- materials, wodurch grundsätzlich die volumetrische Speicherdichte verringert und folglich der Platzbedarf des Wasser- und/oder Wärmespeichers erhöht wird, wodurch wiederum das Kompositmaterial nicht für einen möglichst breiten Anwendungsbereich verfügbar gemacht wird. Zusätzlich verlängern sich ab einem Durchmesser oberhalb von 5 mm die Diffusionswege innerhalb der Partikel, so dass die Geschwindigkeit der Hydratation und Dehydratation verlangsamt werden kann. It has been found that particles having a particle size as described above are particularly advantageous, since the composite material having such a particle size has both a high bulk density and a good wettability with water vapor. Particles of the composite material according to the invention with a diameter of less than 0.1 mm can not flow sufficiently well, since the pressure loss during flow through the bed can be too high, so that good accessibility of the stored salt is not guaranteed safe for water vapor. On the other hand, a diameter of more than 10 mm leads to a reduced bulk density of the composite material, which basically reduces the volumetric storage density and consequently increases the space requirement of the water and / or heat storage, which in turn does not make the composite material as broad as possible Scope is made available. In addition, from a diameter above 5 mm, the diffusion pathways within the particle lengthen so that the rate of hydration and dehydration can be slowed.
Ferner sind Mischungen von kleinen und größeren Partikeln inner- halb des oben beschriebenen Bereichs vorteilhaft, da sie die Schüttdichte positiv beeinflussen und damit die Speicherdichte des Kompositmaterials erhöhen. Furthermore, mixtures of small and larger particles within the range described above are advantageous because they positively influence the bulk density and thus increase the storage density of the composite material.
Die Wirtstruktur des erfindungsgemäßen Kompositmaterials weist vorzugsweise eine mittlere Porengröße, bestimmt gemäß Raster¬ elektronenmikroskopie, im Bereich von 1 bis mehr als 10 ym, ins¬ besondere 1 bis 10 ym, auf. The host structure of the composite material according to the invention preferably has an average pore size as determined by scanning electron microscopy ¬, in the range from 1 to more than 10 ym, the ¬ particular 1 to 10 ym, on.
Die Wirtstruktur des erfindungsgemäßen Kompositmaterials dient als Matrix oder Trägerstruktur für das oder die mehreren Aktiv- salze. Die Wirtstruktur umfasst ein oder mehrere Polysaccharid- säuren oder ein Salz davon. Polysaccharidsäuren sind Polysaccharide, die Carboxy-Gruppen in ihrer Strukturformel aufweisen. Es wird angenommen, dass die Carboxy-Gruppen der deprotonierten Polysaccharidsäure in wässriger Lösung mit den Kationen des Aktivsalzes oder eines anderen Salzes, wie dem weiter unten be¬ schriebenen Geliersalzen, komplexartig in Wechselwirkung treten, um so ein Hydrogel, d.h. eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, zu bilden. The host structure of the composite material according to the invention serves as a matrix or carrier structure for the one or more active ingredients. salts. The host structure comprises one or more polysaccharide acids or a salt thereof. Polysaccharide acids are polysaccharides having carboxy groups in their structural formula. It is believed that the carboxyl groups of the deprotonated Polysaccharidsäure occur in aqueous solution with the cations of the active salt or other salt such as the below be ¬ signed Geliersalzen, complex-like interact so as a hydrogel, ie, a three-dimensional network structure, form.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wirtstruktur des erfindungsgemäßen Kompositmaterials ein oder mehrere Poly¬ saccharidsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyuro- niden, Alginsäuren, Pektinsäuren, Carboxymethylcellulose, Hyalu- ronsäure, und Mischungen oder Salzen davon. Insbesondere ist ei¬ ne Wirtstruktur basierend auf Natrium- oder Kaliumalginat, Nat¬ rium- oder Kaliumpektinat oder Natrium- oder Kaliumcarboxyme- thylcellulose bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine Wirtstruk¬ tur basierend auf Natriumalginat . Alginate, insbesondere Natri- umalginate, sind kommerziell verfügbar. Sie gelten als toxikolo¬ gisch unbedenklich. Alginate werden aus Algen extrahiert und benötigen daher kein chemisches Syntheseverfahren. Sie finden vielfältige Anwendung in Lebensmitteln und in der Biotechnologie. Es ist möglich, dass sich die Wirtstruktur während der Synthese des Kompositmaterials, bei der Trocknung, dem Austausch von Salzen oder während der späteren Verwendung des Kompositmaterials bei der Hydratation bzw. Dehydratation verändert, sodass z.B. kein Natriumalginat an sich, sondern Reaktions- oder Zersetzungsprodukte davon die Wirtstruktur bilden. In a preferred embodiment, the host structure of the composite material according to the invention comprises one or more poly ¬ saccharidsäuren selected from the group consisting of halides Polyuro-, ronsäure alginic, pectic acids, carboxymethyl cellulose, hyaluronic, and mixtures or salts thereof. In particular, ei ¬ ne host structure is based on sodium or potassium, Nat ¬ rium- or Kaliumpektinat or sodium or Kaliumcarboxyme- methylcellulose preferred. More preferably a host Struk ¬ ture is based on sodium alginate. Alginates, in particular sodium alginates, are commercially available. They are harmless as toxico ¬ cally. Alginates are extracted from algae and therefore do not require a chemical synthesis process. They find a variety of applications in food and biotechnology. It is possible that the host structure changes during the synthesis of the composite material, during the drying, the exchange of salts or during the subsequent use of the composite material in the hydration or dehydration, so that, for example, no sodium alginate per se, but reaction or decomposition products thereof form the host structure.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Aktivsalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chloriden, Bromiden, Sulfaten, Sulfiten, Phosphaten, Hydraten von diesen Salzen oder Kombinationen davon. Insbesondere ist es ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus LiCl, MgCl2, CaCl2, SrCl2, Li2S04, Na2S04, MgS04, CaS04, SrS04, A±2(S04)3, a2S, LiBr, SrBr2, Hydraten von diesen Salzen, wie z.B. MgS04*H20,MgS04*6 H20, MgS04*7 H20, A12(S04)3*18 H20, MgCl2*6 H20, CaCl2*2 H20, CaCl2*6 H20, Na2S*5 H20, SrCl2*6 H20, SrBr2*H20, SrBr2*6 H20 und CaS04*2 H20 und Kombinationen und Mischungen da- von. Besonders bevorzugt ist das Aktivsalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus MgS04, MgCl2, CaCl2, SrCl2 und Mischungen davon, insbesondere für Anwendungen als Wärmespeicher. Für Anwendungen als Wasserspeicher bzw. zur Gewinnung von Trink- bzw. Nutzwasser ist das Aktivsalz besonders bevorzugt CaCl2. Das Ak- tivsalz ist in der Wirtstruktur als Feststoff eingelagert und dient der reversiblen Wasser- und/oder Wärmespeicherung . Es kann in Abhängigkeit von Temperatur und Wasserdampfdruck hydratisiert und dehydratisiert werden. Dabei behält das Aktivsalz vorzugs¬ weise seine feste Form, d.h. auch bei einer Hydration bei einer Temperatur von 28°C und einem Wasserdampfdruck von bis zu 10 mbar tritt im Wesentlichen kein Phasenübergang des Aktivsalzes in den flüssigen Zustand bzw. keine Auflösung des Salzes auf. Bei hohen Temperaturen werden die Aktivsalze dehydratisiert und der Wärmespeicher aufgeladen. Wird das aufgeladene Kompositmate- rial mit feuchter Luft in Kontakt gebracht, so kommt es bei aus¬ reichend hohem Wasserdampfdruck zu einer exothermen Hydratation und das Kompositmaterial gibt die Reaktionsenthalpie in Form von Wärme ab. Daher ist es möglich, überschüssige Wärme, die z.B. durch Solarthermie bereitgestellt wird, zum Aufladen (Dehydrata- tion) zu verwenden und damit thermochemisch im Kompositmaterial zu speichern und bei Wärmebedarf, z.B. in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung, durch die Hydratation wieder freizusetzen. Umgekehrt kann Wärme, die z.B. durch Solarthermie bereitgestellt wird, zur Abgabe von Wasser (Dehydration) aus dem Kompositmate- rial verwendet werden und in Zeiten geringerer Wärmezufuhr kann das Kompositmaterial wieder Wasser z.B. aus Luftfeuchtigkeit aufnehmen (Hydratation) . Furthermore, it is preferred that the active salt is selected from the group consisting of chlorides, bromides, sulfates, sulfites, phosphates, hydrates of these salts or combinations thereof. Specifically, it is selected from the group consisting of LiCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, Li 2 S0 4, Na 2 S0 4, MgS0 4, CaS0 4, SrS0 4, A ± 2 (S0 4 ) 3, a 2 S, LiBr, SrBr 2 , hydrates of these salts, such as MgS0 4 * H 2 O, MgS0 4 * 6 H 2 0, MgS0 4 * 7 H 2 0, Al 2 (S0 4) 3 * 18 H 2 0, MgCl 2 * 6H 2 0, CaCl 2 * 2 H 2 0, CaCl 2 * 6 H 2 0, Na 2 S * 5 H 2 0, SrCl 2 * 6H 2 0, SrBr 2 * H 2 O, SrBr 2 * 6 H 2 O and CaS0 4 * 2 H 2 O and combinations and mixtures thereof. The active salt is particularly preferably selected from the group consisting of MgS0 4 , MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 and mixtures thereof, in particular for applications as heat storage. For applications as a water reservoir or for the production of drinking or industrial water, the active salt is particularly preferably CaCl 2 . The active salt is incorporated in the host structure as a solid and is used for reversible water and / or heat storage. It can be hydrated and dehydrated depending on temperature and water vapor pressure. In this case, the active salt preferably ¬ its solid form, ie even at a hydration at a temperature of 28 ° C and a water vapor pressure of up to 10 mbar occurs essentially no phase transition of the active salt in the liquid state or no dissolution of the salt. At high temperatures, the active salts are dehydrated and charged the heat storage. If the charged composite material brought into contact with moist air, so it comes in from ¬ sufficiently high water vapor pressure in an exothermic hydration and the composite material is the reaction enthalpy in the form of heat. Therefore, it is possible to use excess heat, which is provided eg by solar thermal energy, for charging (dehydration) and thus to store it thermochemically in the composite material and to release it again during hydration, eg in times of low solar irradiation. Conversely, heat provided by, for example, solar thermal energy can be used to deliver water (dehydration) from the composite material, and in times of low heat input, the composite material can resume water, for example from atmospheric moisture (hydration).
Mithin sind das eine oder die mehreren Aktivsalze in der Lage, durch Hydratation und Dehydratation Wärme zu speichern und abzu- geben. Das heißt, das oder die festen Aktivsalze sind in der La¬ ge, durch chemische Reaktion mit einem gasförmigen Reaktionspartner, insbesondere Wasserdampf, Wärme zu speichern oder abzugeben. Durch Dosierung des gasförmigen Reaktionspartners ist es zudem möglich, die Menge der freigesetzten Wärme zu steuern. Somit ist es im Unterschied zu Latentwärmespeichern möglich, die Wärmemenge nur partiell freizugeben, und die Freigabe erfolgt nicht nur bei einer materialabhängigen festen Phasenübergangstemperatur . Thus, the one or more active salts are capable of storing and releasing heat through hydration and dehydration. give. That is, the one or more solid active salts are in the La ¬ ge, by chemical reaction with a gaseous reactant, in particular water vapor, to store heat or deliver. By dosing the gaseous reactant, it is also possible to control the amount of heat released. Thus, in contrast to latent heat storage, it is possible to release the amount of heat only partially, and the release is not only at a material-dependent solid phase transition temperature.
Das Vorhandensein des einen oder der mehreren Aktivsalze in der Wirtstruktur kann durch Röntgenbeugung oder durch energie- dispersive Röntgenspektroskopie gezeigt werden. In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Kompositma¬ terial zwei oder mehrere verschiedene Aktivsalze auf. Durch Ver¬ wendung von zwei oder mehreren verschiedenen Aktivsalzen können verschiedene Temperaturbereiche für die Aktivierung (Dehydrata- tion) und Wasserdampfdrücke für die Wärmefreisetzung (Hydratati- on) ausgenutzt werden. Dadurch wird ein besonders flexibel ein¬ setzbarer Wasser- und/oder Wärmespeicher erhalten. The presence of the one or more active salts in the host structure can be demonstrated by X-ray diffraction or by energy dispersive X-ray spectroscopy. In one embodiment of the inventive compos ¬ TERIAL two or more different active salts. By Ver ¬ application of two or more different active salts various temperature ranges for the activation (Dehydrata- tion) and water vapor pressures for the heat release (of hydration on) can be exploited. Thus, a very flexible one ¬ settable water and / or heat storage is obtained.
Ferner ist ein erfindungsgemäßes Kompositmaterial bevorzugt, bei dem das Aktivsalz mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 70 Gew.-% und besonders be¬ vorzugt mindestens 80 Gew.-% des Kompositmaterials umfasst, be¬ zogen auf die dehydratisierte Form des Aktivsalzes und das Ge¬ samtgewicht des Kompositmaterials. Ein hoher Gewichtsanteil von Aktivsalz im Kompositmaterial trägt zu einer hohen Wasser- bzw. Wärmespeicherdichte bei, die im Allgemeinen für eine platzspa¬ rende Anwendung des Wasser- bzw. Wärmespeichers wünschenswert ist. Die Menge an Aktivsalz in dem Kompositmaterial kann bei¬ spielsweise durch ICP-OES (optische Emissionsspektrometrie mit¬ tels induktiv gekoppelten Plasmas) bestimmt werden. Dazu wird das Kompositmaterial gemahlen, bei 130 °C getrocknet, mit Wasser extrahiert und filtriert und das Filtrat mittels ICP-OES analy¬ siert . Further, a composite material according to the invention is preferred wherein the active salt comprises at least 30 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, in particular at least 70 wt .-% and particularly be ¬ vorzugt at least 80 wt .-% of the composite material, be ¬ attracted to the dehydrated form of the active salt and Ge ¬ samtgewicht the composite material. A high proportion by weight of active salt in the composite material contributes to high water or heat storage density, which is generally desirable for a platzspa ¬-saving application of water or heat storage. The amount of active salt in the composite material can be determined at ¬ example by ICP-OES (with ¬ means of inductively coupled plasma optical emission). For this purpose, the composite material is ground, dried at 130 ° C, with water extracted and filtered, and the filtrate Siert by ICP-OES analy ¬ siert.
Weiter ist ein Kompositmaterial bevorzugt, das eine Zyklenstabi¬ lität von Hydratation und Dehydratation von mindestens 10 Zyklen, insbesondere 20 Zyklen und besonders bevorzugt mindestens 30 Zyklen aufweist. Die Zyklenstabilität wird gemessen, indem das Kompositmaterial in einem Klimaschrank gelagert und abwech¬ selnd aufgeheizt (dehydratisiert ) und anschließend mit Feuchtig¬ keit beladen (hydratisiert) wird. Zyklenstabilität besteht, wenn im jeweils hydratisierten Zustand nach einer gewissen Anzahl von Zyklen kein Gewichtsverlust verzeichnet wird und nach dem letz¬ ten Zyklus die kalorimetrisch bestimmte Wärmefreisetzung des Kompositmaterials mindestens der Wärmefreisetzung im Ausgangszu¬ stand entspricht oder größer als diese ist. Further, a composite material is preferred, which particularly preferably has a cycle stabilizer ¬ formality of hydration and dehydration of at least 10 cycles, preferably 20 cycles, and at least 30 cycles. The cycling stability is measured by the composite material stored in a climate chamber and abwech ¬ nately heated (dehydrated), and then loaded with moisture-¬ speed (hydrated) is. Cycle stability exists when no weight loss is recorded in each hydrated state after a certain number of cycles and after the letz ¬ th cycle the calorimetrically determined heat release of the composite material corresponds to at least the heat release in the out put ¬ stand or is greater than this.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Kompositmaterial ferner eine Wärmespeicherdichte von mindestens 1,0 KJ/cm3, insbesondere mindestens 1,2 KJ/cm3 und besonders be¬ vorzugt mindestens 1,5 KJ/cm3 auf. Die Speicherdichte wird durch kalorimetrische Messungen ermittelt. Verwendet wird vorzugsweise ein Setaram C80 Kalorimeter mit einem Feuchtegenerator. Zur Messung wird das Kompositmaterial in einem Ofen dehydratisiert und anschließend in eine Messzelle gegeben. Es wird ein trockener Luftstrom über die Probe geleitet und die Messzelle in das Kalo¬ rimeter eingebracht. Die Temperatur der Probe wird durchgehend ermittelt und es wird ein Wärmefluss aufgezeichnet. Der Luft¬ strom wird auf einen feuchten Luftstrom umgestellt und die vom Material durch Hydratation freigesetzte Wärmemenge wird aufge¬ zeichnet. Aus der Schüttdichte des Materials und der Wärmefrei¬ setzung lassen sich die Speicherdichten errechnen. In a preferred embodiment, the composite material according to the invention also has a heat storage density of at least 1.0 KJ / cm 3 , in particular at least 1.2 KJ / cm 3 and particularly preferably ¬ at least 1.5 KJ / cm 3 . The storage density is determined by calorimetric measurements. Preferably used is a Setaram C80 calorimeter with a humidity generator. For measurement, the composite material is dehydrated in an oven and then placed in a measuring cell. It is passed a stream of dry air over the sample and introduced the measuring cell in the Kalo ¬ rimeter. The temperature of the sample is determined continuously and heat flow is recorded. The air ¬ current is converted to a moist air stream and released from the material by hydration heat quantity will be ¬ distinguished. From the bulk density of the material and heat control ¬ setting the storage densities can be calculated.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Kompositmaterial vor¬ zugsweise eine Wasseraufnahme von mindestens 0,2 g (H2O) pro g (Kompositmaterial) , insbesondere mindestens 0,5 g (H2O) pro g (Kompositmaterial) , besonders bevorzugt mindestens 0,6 g (H20) pro g (Kompositmaterial ) , wie etwa 0,8 oder 0,9 g (H20) pro g (Kompositmaterial) , auf, wobei die Wasseraufnahme bestimmt wird, indem bei 130 °C für 12 Stunden dehydratisierte Proben für 12 Stunden einem Luftstrom mit 30 °C und mindestens 30% relativer Feuchte ausgesetzt werden. Insbesondere werden die Proben einem Luftstrom mit 30 °C und 30%, 60% oder 84% relativer Feuchte aus¬ gesetzt. Z.B. werden Proben mit CaCl2 oder MgCl2 als Aktivsalz einem Luftstrom mit 30% relativer Feuchte, Proben mit SrCl2 als Aktivsalz einem Luftstrom mit 60% relativer Feuchte und Proben mit MgSC als Aktivsalz einem Luftstrom mit 84% relativer Feuchte ausgesetzt. Bei diesen Bedingungen zur Bestimmung der maximalen Wasseraufnahme liegt das Aktivsalz auch am Ende der Hydrati¬ onsreaktion üblicherweise als Feststoff vor. Lediglich bei Ver- wendung von sehr hygroskopischen Aktivsalzen, wie z.B. CaCl2 und MgCl2, kann eine einsetzende Lösungsbildung nicht ausgeschlossen werden. Wenn überhaupt, tritt eine solche Lösungsbildung jedoch erst am Ende der Hydrationsreaktion auf, so dass der weit überwiegende Teil der Wassereinlagerung als eine Gas-Feststoff- Reaktion stattfindet. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Kom¬ positmaterial eine Wasseraufnahmekapazität von mindestens 300 kg (H20) pro m3 (Kompositmaterial) , insbesondere mindestens 400 kg (H20) pro m3 (Kompositmaterial) , besonders bevorzugt mindestens 500 kg (H20) pro m3 (Kompositmaterial) , am meisten bevorzugt min- destens 600 kg (H20) pro m3 (Kompositmaterial) , aufweist, wobei die Wasseraufnahmekapazität bestimmt wird, indem bei 130°C für 12 Stunden dehydratisierte Proben für 12 Stunden einem Luftstrom mit 30°C und mindestens 30% relativer Feuchte, wie oben be¬ schrieben, ausgesetzt werden. Further preferably comprises composite material according to the invention before ¬ a water absorption of at least 0.2 g (H 2 O) per g (composite material), particularly at least 0.5 g (H 2 O) per g (composite material), more preferably at least 0.6 g (H 2 O) per g (composite material), such as 0.8 or 0.9 g (H 2 O) per g (composite material), wherein the water uptake determined by exposing samples dehydrated at 130 ° C for 12 hours for 12 hours to a stream of air at 30 ° C and at least 30% relative humidity. Specifically, the samples are placed an air stream at 30 ° C and 30%, 60% or 84% relative humidity from ¬. For example, samples containing CaCl 2 or MgCl 2 as the active salt are exposed to a 30% relative humidity air stream, SrCl 2 as the active salt to a 60% RH air stream, and MgSC as the active salt to 84% RH air stream. In these conditions, to determine the maximum water absorption, the active salt is also at the end of Hydrati ¬ onsreaktion usually as a solid. Only when using very hygroscopic active salts, such as CaCl 2 and MgCl 2 , is it possible to rule out the onset of solution formation. However, such dissolution does not occur, if at all, until the end of the hydration reaction, so that the vast majority of water retention occurs as a gas-solid reaction. Furthermore, it is preferred that the Kom ¬ positmaterial (a water absorption capacity of at least 300 kg (H 2 0) per m 3 (composite material), particularly at least 400 kg (H 2 0) per m 3 (composite material), more preferably at least 500 kilograms H 2 0) per m 3 (composite material), most preferably at least 600 kg (H 2 O) per m 3 (composite material), the water absorption capacity being determined by dehydrated samples at 130 ° C for 12 hours 12 hours of air flow at 30 ° C and at least 30% relative humidity, as described above ¬ be exposed.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Wärmespeicherdichten liegen teilweise um ein Mehrfaches über den theoretischen Werten für die sensible Wärmespeicherdichte von Wasser im Temperaturbereich von 20 °C bis 70 °C, die latente Wärmespeicherdichte des Phasenüber- gangs von Wasser bei 0 °C und die Wärmespeicherdichte der Ad- Sorption an kommerziell genutzten Zeolithen, wie aus Tabelle 1 hervorgeht . The heat storage densities obtained in accordance with the invention are in some cases several times greater than the theoretical values for the sensible heat storage density of water in the temperature range from 20 ° C. to 70 ° C., the latent heat storage density of the phase transition of water at 0 ° C. and the heat storage density of the adustant. Sorption on commercially used zeolites, as shown in Table 1.
Tabelle 1 Table 1
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a: berechnet aus Temperaturdifferenz und spezifischer Wärmekapazität nach J. Xu, R. Z. Wang, Y . Li, Sol. Energy 2014, 103, 610- 638.  a: calculated from temperature difference and specific heat capacity according to J. Xu, R. Z. Wang, Y. Li, Sol. Energy 2014, 103, 610-638.
b: berechnet aus der Schmelzenthalpie nach B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling, Appl . Therm. Eng. 2003, 23, 251-283.  b: calculated from the enthalpy of fusion according to B. Zalba, J. Marin, L. Cabeza, H. Mehling, Appl. Therm. Closely. 2003, 23, 251-283.
c: C. Bales, Laboratory tests of chemical reactions and proto- type sorption storage units, Task 32, Report 84, 2008  c: C. Bales, Laboratory tests of chemical reactions and prototype sorption storage units, Task 32, Report 84, 2008
d: siehe Beispiele 1 und 7  d: see Examples 1 and 7
e: siehe Beispiele 5 und 8  e: see Examples 5 and 8
f: siehe Beispiele 4 und 9  f: see examples 4 and 9
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel¬ lung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials, bei dem a) eine wässrige Mischung von Polysaccharidsäure oder einem Salz davon und einem oder mehreren Geliersalzen bereitge- stellt wird, um ein Hydrogel zu bilden, bei dem das oder dieThe present invention also relates to processes for the preparation of the composite material according to the invention. In particular, the invention relates to a method for the manufacture ¬ development of the composite material according to the invention, in which a) an aqueous mixture of Polysaccharidsäure or a salt thereof and one or more Geliersalzen provides bereitge- is to form a hydrogel, wherein the or the
Geliersalze in dem Hydrogel eingebracht sind, und Gelling salts are incorporated in the hydrogel, and
b) das entstandene Hydrogel getrocknet wird.  b) the resulting hydrogel is dried.
Die Polysaccharidsäure oder ein Salz davon und/oder das eine oder die mehreren Geliersalze können dabei insbesondere in Was¬ ser gelöst werden. Die Polysaccharidsäurelösung kann z.B. tropfenweise zu der Lösung des Geliersalzes oder umgekehrt zugegeben werden. Durch die Wechselwirkungen der funktionellen Gruppen der Polysaccharidsäure mit den Kationen des Geliersalzes wird ein Hydrogel gebildet. Weiteres in der Lösung befindliches Gelier¬ salz kann in das Hydrogel diffundieren und wird so in das Hydro¬ gel eingelagert. Beim anschließenden Trocknen des Hydrogels wird das feste erfindungsgemäße Kompositmaterial erhalten, das aus einer Wirtstruktur auf Basis von Polysaccharidsäure und Gelier- salz besteht. Es ist bevorzugt, dass das Hydrogel im getrockne¬ ten Zustand mindestens 30 Gew.-% Geliersalz enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des getrockneten Hydrogels. The Polysaccharidsäure or a salt thereof and / or one or more gelling salts can thereby be solved, especially in what ¬ ser. For example, the polysaccharide acid solution may be added dropwise to the solution of the gelling salt or vice versa. The interactions of the functional groups of the polysaccharide acid with the cations of the gelling salt form a hydrogel. More befindliches in the solution gelling ¬ salt can diffuse into the hydrogel and thus becomes incorporated into the hydrochloride ¬ gel. During the subsequent drying of the hydrogel, the solid composite material according to the invention is obtained, which consists of a host structure based on polysaccharide acid and gelling salt. It is preferred that the hydrogel in getrockne ¬ th state contains at least 30 wt .-% gelling salt, based on the total weight of the dried hydrogel.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstel- lung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials ist das Geliersalz oder mindestens eines der mehreren Geliersalze ein Aktivsalz, wodurch nach Schritt b) das Kompositmaterial erhalten wird. In a preferred embodiment of the method for the production of the composite material according to the invention, the gelling salt or at least one of the plurality of gelling salts is an active salt, whereby the composite material is obtained after step b).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, insbesondere wenn als Geliersalz kein(e) Aktivsalz (e) verwendet werden, wird das Hydrogel vor dem Trocknen mit der Lösung eines oder mehrerer Aktivsalze behandelt, um das oder die Aktivsalze in das Hydrogel einzubringen und gegebenenfalls Geliersalz aus dem Hydrogel zu verdrängen. Auf diese Weise können ein oder mehrere Geliersalze gegen das oder die eingebrachten Aktivsalze ausgetauscht werden oder falls das Geliersalz bereits Aktivsalz umfasst ein oder mehrere Aktivsalze zusätzlich in das Hydrogel eingebracht wer¬ den . In a further preferred embodiment, in particular when no active salt (s) are used as the gelling salt, the hydrogel is treated before drying with the solution of one or more active salts in order to introduce the active salt (s) into the hydrogel and optionally gelling salt from the Displace hydrogel. In this way, one or more gelling salts can be exchanged for the one or more active salts introduced or if the gelling salt is already active salt comprising one or more active salts is additionally introduced into the hydrogel ¬ the.
In einer ebenso bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials umfasst die¬ ses, dass In an equally preferred embodiment of the method for producing the composite material according to the invention, this comprises that
a) eine Lösung einer Polysaccharidsäure oder eines Salzes davon und eine Lösung eines oder mehrerer Aktivsalze gemischt werden, um ein Hydrogel zu bilden, bei dem das oder die Aktivsalze in dem Hydrogel eingebracht sind, und a) a solution of a polysaccharide acid or a salt thereof and a solution of one or more active salts are mixed to form a hydrogel in which the active salt or salts are incorporated in the hydrogel, and
b) das entstandene Hydrogel getrocknet wird, um das Kompositma¬ terial zu erhalten. b) drying the resulting hydrogel to obtain the compos ¬ TERIAL.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials enthält die Mischung in Schritt a) zusätzlich mindestens ein nicht gelöstes Vorläufersalz, wodurch in Schritt a) ein Hydrogel gebildet wird, bei dem das mindestens eine Vorläufersalz in das Hydrogel einge¬ bracht ist, und das nach Schritt b) erhaltene getrocknete Hydro¬ gel wird mit einer Säure behandelt, um das mindestens eine Vor¬ läufersalz in ein Aktivsalz umzuwandeln. In another preferred embodiment of the method for producing the composite material according to the invention the mixture in step a) additionally contains at least one undissolved precursor salt, which is formed in step a) a hydrogel, wherein the at least one precursor salt is turned ¬ introduced into the hydrogel, and the obtained according to step b) of dried hydro ¬ gel is treated with an acid to at least one pre ¬ convert the salt into a run active salt.
Die Polysaccharidsäure oder ein Salz davon und/oder das eine oder die mehreren Geliersalze können dabei insbesondere in Was¬ ser gelöst werden. Eine Suspension des einen oder der mehreren Vorläufersalze in der Polysaccharidsäurelösung kann der Lösung des einen oder der mehreren Geliersalze zugetropft werden oder umgekehrt kann eine Suspension des einen oder der mehreren Vorläufersalze in der Lösung des einen oder der mehreren Geliersalze der Polysaccharidsäurelösung zugetropft werden. Durch die Wechselwirkungen der funktionellen Gruppen der Polysaccharidsäure mit den Kationen des einen oder der mehreren Geliersalze wird das Hydrogel gebildet. Weiteres in der Lösung befindliches Ge¬ liersalz kann in das Hydrogel diffundieren und fällt beim an- schließenden Trocknungsprozess aus, sodass ein Kompositmaterial erhalten wird, das eine Wirtstruktur auf Basis von Polysaccha- ridsäure sowie ein oder mehrere darin eingebrachte Geliersalze und ein oder mehrere darin eingebrachte Vorläufersalze umfasst. Vorzugsweise werden die gebildeten Partikel der Wirtstruktur für eine gewisse Zeit, wie z.B. mindestens 2 Stunden oder etwa 12 Stunden, in der Geliersalzlösung eingetaucht, um eine besonders geeignete Diffusion des Geliersalzes in das Hydrogel zu ermögli¬ chen. Gegebenenfalls kann anschließend das Kompositmaterial mit Wasser gewaschen werden, sodass das eine oder die mehreren wasserlöslichen Geliersalze entfernt werden und das Kompositmaterial lediglich eine Polysaccharidsäure-Wirtstruktur und das eine oder die mehreren darin eingebrachten Vorläufersalze umfasst. Die anschließende Säurebehandlung wandeln das eine oder die die mehreren Vorläufersalze in aktives Salz um, d.h. ein Salz, das durch Hydration und Dehydration Wasser und/oder Wärme speichern bzw. abgeben kann. Für den einen Fall, dass das eine oder die mehreren Geliersalze Aktivsalze sind und nicht nach Schritt b) durch Waschen mit Wasser entfernt werden, enthält das Komposit¬ material neben der Polysaccharidsäure-Wirtstruktur mindestens zwei verschiedene Aktivsalze. Für den anderen Fall, dass das ei¬ ne oder die mehreren Geliersalze durch Waschen entfernt wurden, umfasst das Kompositmaterial die Polysaccharidsäure-Wirtstruktur und mindestens ein darin eingebettetes Aktivsalz. The Polysaccharidsäure or a salt thereof and / or one or more gelling salts can thereby be solved, especially in what ¬ ser. A suspension of the one or more precursor salts in the polysaccharide acid solution may be added dropwise to the solution of the one or more gelling salts, or conversely, a suspension of the one or more precursor salts in the solution of the one or more gelling salts of the polysaccharide acid solution may be added dropwise. The interaction of the functional groups of the polysaccharide acid with the cations of the one or more gelling salts forms the hydrogel. More befindliches in the solution may diffuse into the Ge liersalz ¬ hydrogel and falls arrival at the closing the drying process, so that a composite material is obtained which comprises a host structure based on polysaccharide acid and one or more gelling salts introduced therein and one or more precursor salts incorporated therein. Preferably, the particles formed of the host structure for a certain time, such as at least 2 hours or about 12 hours, immersed in the Geliersalzlösung to ermögli ¬ chen a particularly suitable diffusion of the Geliersalzes in the hydrogel. Optionally, subsequently, the composite material may be washed with water such that the one or more water-soluble gelling salts are removed and the composite material comprises only one polysaccharide acid host structure and the one or more precursor salts incorporated therein. Subsequent acid treatment converts one or more precursor salts to active salt, ie, a salt that can store and / or release water and / or heat through hydration and dehydration. For a case that the one or more gelling salts active salts and not after step b) are removed by washing with water containing the composite material besides the Polysaccharidsäure ¬ host structure at least two different active salts. For the other case that the egg ¬ one or more gelling salts were removed by washing, the composite material comprises the polysaccharide acid host structure and at least one active salt embedded therein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials umfasst die¬ ses, dass In a further preferred embodiment of the method for producing the composite material according to the invention, this comprises that
a) Partikel eines Vorläufersalzes in einer Lösung einer Polysac- charidsäure oder eines Salzes davon suspendiert werden, um eine Suspension zu bilden, a) particles of a precursor salt are suspended in a solution of a polysaccharide acid or a salt thereof to form a suspension,
b) die Suspension mit einer Lösung eines Geliersalzes gemischt wird, um ein Hydrogel zu bilden, bei dem die Partikel des Vor¬ läufersalzes und das Geliersalz in dem Hydrogel eingebracht sind, c) das entstandene Hydrogel getrocknet wird, um ein Kompositma¬ terial zu erhalten, b) the suspension is mixed with a solution of a Geliersalzes to form a hydrogel, wherein the particles of the pre ¬ and the gelling salt are introduced into the hydrogel runner salt, c) drying the resulting hydrogel to obtain a compos ¬ TERIAL,
d) gegebenenfalls das Kompositmaterial mit Wasser gewaschen wird, um das Geliersalz aus dem Kompositmaterial zu entfernen, und d) optionally, the composite material is washed with water to remove the gelling salt from the composite material, and
e) das Kompositmaterial mit einer Säure behandelt wird, um das Vorläufersalz in ein Aktivsalz umzuwandeln, e) the composite material is treated with an acid to convert the precursor salt into an active salt,
wobei das Geliersalz ein Aktivsalz sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials ist das Vorläufersalz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg5 (C03) 4 (OH) 2*4H20, SrC03, CaC03, MgC03, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Sr(OH)2, CaMg(C03)2, MgO, CaO und Mischungen und Doppelsalzen davon. Insbesondere sind Mg5 (CO3) 4 (OH) 2*4H20, MgC03 und CaC03 bevorzugte Vorläufersalze. Generell sind Salze geeignet, die selbst im Wesentlichen wasser¬ unlöslich sind und durch chemische Reaktion, z.B. mit einer Säure, in ein Aktivsalz umgewandelt werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials wird das Vorläufersalz als Partikel mit einem Durchmesser von 3 bis 100 ym, bevorzugt 5 bis 20 ym bereitgestellt. Die Partikel des Vorläufersalzes weisen bevorzugt eine definierte Form und Größe auf. Insbesondere sind eine sphärische Form und eine Partikelg¬ röße von ca. 10 ym bevorzugt. Die Partikelgröße des Vorläufer¬ salzes bleibt bei der Umwandlung in das Aktivsalz bevorzugt er¬ halten. Auf diese Art und Weise kann die Morphologie des Aktiv¬ salzes über die Morphologie des Vorläufersalzes gesteuert wer- den. Ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Partikelgröße des Vorläufersalzes ist die Rasterelektronenmikroskopie. wherein the gelling salt may be an active salt. In a preferred embodiment of the method for producing the composite material according to the invention, the precursor salt is selected from the group consisting of Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O, SrC0 3 , CaC0 3 , MgC0 3 , Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Sr (OH) 2 , CaMg (CO 3 ) 2 , MgO, CaO and mixtures and double salts thereof. In particular, Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O, MgC0 3 and CaCO 3 are preferred precursor salts. In general, salts are suitable which are water-insoluble even ¬ substantially and by chemical reaction, for example with an acid can be converted into an active salt. In a further preferred embodiment of the method for producing the composite material according to the invention, the precursor salt is provided as particles having a diameter of 3 to 100 μm, preferably 5 to 20 μm. The particles of the precursor salt preferably have a defined shape and size. In particular, a spherical shape and a Partikelg ¬ ize of about 10 .mu.m are preferred. The particle size of the precursor ¬ salt remains in the conversion in the active salt he prefers keeping ¬. In this manner, the morphology of the active ¬ salt on the morphology of the precursor salt can be controlled advertising to. A suitable method for determining the particle size of the precursor salt is scanning electron microscopy.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Geliersalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CaCl2, Calciumlactat, SrCl2, Cal- ciumgluconat , Strontiumlactat , Strontiumgluconat , Bariumchlorid - IS Furthermore, it is preferred that the gelling salt is selected from the group consisting of CaCl 2 , calcium lactate, SrCl 2 , calcium gluconate, strontium lactate, strontium gluconate, barium chloride - IS
und Mischungen davon. Geeignete Salze sind ferner Salze, die mit Polysaccharidsäuren ein Hydrogel bilden können, wie z.B. die oben genannten Aktivsalze. Generell sind wasserlösliche Salze geeignet, die Ca2+, Sr2+ oder Ba2+-Ionen enthalten. and mixtures thereof. Suitable salts are also salts which can form a hydrogel with polysaccharide acids, for example the abovementioned active salts. In general, water-soluble salts are suitable which contain Ca 2+ , Sr 2+ or Ba 2+ ions.
Es ist bevorzugt, dass im Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salzsäure, Bromwasserstoff- säure, Schwefliger Säure, Phosphorsäure und Mischungen davon. Die Säure kann als Flüssigkeit, Gas oder Lösung davon vorliegen. Durch die Reaktion mit der Säure wird das Vorläufersalz in ein Aktivsalz umgewandelt, das als Anion das der Säure entsprechende Anion enthält. Auf diese Weise ist es möglich ein Kompositmate¬ rial zu erhalten, das neben dem Geliersalz ein Aktivsalz ent- hält, das selbst nicht als Geliersalz eingesetzt werden kann. Wird das Geliersalz durch Waschen aus dem Kompositmaterial ent¬ fernt, ist es möglich ein Kompositmaterial zu erhalten, das aus¬ schließlich ein Aktivsalz enthält, das selbst nicht als Geliersalz eingesetzt werden kann. It is preferred that in the process for producing the composite material according to the invention, the acid is selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfurous acid, phosphoric acid and mixtures thereof. The acid may be present as a liquid, gas or solution thereof. The reaction with the acid converts the precursor salt into an active salt containing as anion the anion corresponding to the acid. In this way it is possible to obtain a Kompositmate ¬ rial, which holds an active salt corresponds in addition to the gelling, which itself can not be used as gelling. If the gelling ent ¬ removed by washing from the composite material, it is possible to obtain a composite material, which eventually contains an active salt from ¬, which itself can not be used as a gelling salt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials werden der Lösung der Polysaccharidsäure oder eines Salzes davon oder der Suspension des einen oder der mehreren Vorläufersalze in der Polysaccharidsäurelösung ferner ein oder mehrere Füllstoffe zugesetzt werden. In a further preferred embodiment of the process for producing the composite material according to the invention, one or more fillers are further added to the solution of the polysaccharide acid or a salt thereof or the suspension of the one or more precursor salts in the polysaccharide acid solution.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Füllstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasser- unlöslichen Salzen, wie z.B. CaC03, Kohlenstoffpartikeln, wie z.B. Aktivkohle, Silicagel und Mischungen davon. Insbesondere sind CaC03 und Aktivkohle bevorzugte Füllstoffe. Im Allgemeinen sind Füllstoffe geeignet, die im Wesentlichen wasserunlöslich sind und nicht zur Wasseraufnahme und/oder Wärmespeicherung die- nen können. Es wird angenommen, dass die Füllstoffe die mechanische Stabilität des Kompositmaterials erhöhen. In a preferred embodiment, the one or more fillers are selected from the group consisting of water-insoluble salts, such as CaC0 3 , carbon particles, such as activated carbon, silica gel, and mixtures thereof. In particular, CaCO 3 and activated carbon are preferred fillers. In general, fillers are suitable which are essentially water-insoluble and are not suitable for water absorption and / or heat storage. can. It is believed that the fillers increase the mechanical stability of the composite material.
Wie oben beschrieben, ist die Teilchengröße von den Bedingungen bei der Synthese des Kompositmaterials, insbesondere von der Tropfengröße der Lösungen, abhängig. Nichtsdestotrotz kann - falls gewünscht - das Kompositmaterial ebenso nach der Synthe¬ se zu Partikeln mit einem bestimmten Durchmesser zerkleinert werden, insbesondere zu Partikeln mit einem mittleren Durchmes- ser von 0,1 bis 5,0 mm, bevorzugt 0,5 bis 3,0 mm verarbeitet werden . As described above, the particle size depends on the conditions in the synthesis of the composite material, in particular the drop size of the solutions. Nonetheless, if desired, the composite material can also be comminuted to particles of a certain diameter after synthesis , in particular to particles with an average diameter of 0.1 to 5.0 mm, preferably 0.5 to 3.0 mm are processed.
Insgesamt sind die oben genannten erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der intermediären Hydrogelbildung der erfindungsgemäß eingesetzten Polysaccharidsäuren besonders gut geeignet, ein Kompositmaterial mit einer relativ hohen Menge an Aktivsalz bereitzustellen, so dass eine hohe Wasser- und/oder Wärmespeicherdichte erhalten werden kann. Weiterhin können durch die erfindungsgemäßen Verfahren leicht zwei oder mehrere verschiedene Ak- tivsalze in die Wirtstruktur eingebracht werden. Overall, the abovementioned processes according to the invention, owing to the intermediate hydrogel formation of the polysaccharide acids used according to the invention, are particularly suitable for providing a composite material with a relatively high amount of active salt, so that a high water and / or heat storage density can be obtained. Furthermore, two or more different active salts can easily be introduced into the host structure by the processes according to the invention.
Aufgrund der vorstehend geschilderten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kompositmaterials eignet sich dieses insbesondere als Wärmespeicher, der z.B. in Wohnhäusern oder bei der indust- riellen Abwärmenutzung Anwendung findet. Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung des Kompositmaterials als thermochemisches Wärmespeichermaterial, insbesondere zur wieder¬ holten Wärmespeicherung und -abgäbe. Ebenso eignet sich das erfindungsgemäße Kompositmaterial insbesondere zur Wasserspeiche- rung, um Wasser z.B. der Luft zu entziehen und dieses später zurückzugewinnen. Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung des Kompositmaterials zur wiederholten Wasserspeicherung und -abgäbe und damit zur Gewinnung von Trink- oder Nutzwasser aus Umgebungsluft. Insbesondere wird zur Verwendung des Kompositmaterials als Wärmespeicher, d.h. bei einem Verfahren zur Speicherung von Wärme, das in der festen Wirtstruktur eingebettete feste Ak¬ tivsalz einem Gasstrom, z.B. einem Luftstrom, mit einer Temperatur ausgesetzt, die ausreichend ist, um das Aktivsalz zumin¬ dest partiell zu dehydratisieren . Das freiwerdende Kristall¬ wasser wird dabei an den Gasstrom in Form von Wasserdampf abgegeben. Das Kompositmaterial ist nun zumindest partiell gela¬ den. Wird das aufgeladene Kompositmaterial mit einem feuchten Gasstrom, z.B. feuchter Luft, in Kontakt gebracht, so kommt es bei ausreichend hohem Wasserdampfdruck zu einer exothermen Hydratation, d.h. einer chemischen Reaktion ohne einen physikalischen Phasenübergang des festen Aktivsalzes, insbesondere ohne einen Wechsel des Aggregatzustandes des Aktivsalzes, und das Kompositmaterial gibt die Reaktionsenthalpie in Form von Wärme ab . Due to the above-described properties of the composite material according to the invention, this is particularly suitable as a heat storage, which is used for example in homes or in the industrial waste heat recovery application. The invention is therefore also the use of the composite material as a thermo-chemical heat storage material, in particular for re-fetched ¬ heat storage and -abgäbe. Likewise, the composite material according to the invention is particularly suitable for storing water, for example, to extract water from the air and recover it later. The invention is therefore also the use of the composite material for repeated water storage and -abgäbe and thus for the production of drinking or utility water from ambient air. In particular that in a method of storing heat, the embedded into the solid host structure fixed Ak ¬ tivsalz a gas stream, for example a stream of air, exposed to a temperature which is sufficient to maintain the active salt at ¬ least is for use of the composite material as a heat reservoir, partially dehydrate. The liberated crystal ¬ water is delivered to the gas stream in the form of water vapor. The composite material is now at least partially gela ¬ the. If the charged composite material is brought into contact with a moist gas stream, eg humid air, then sufficiently high water vapor pressure results in an exothermic hydration, ie a chemical reaction without a physical phase transition of the solid active salt, in particular without a change in the physical state of the active salt. and the composite material releases the reaction enthalpy in the form of heat.
Des weiteren kann zur Verwendung des Kompositmaterials als Was¬ serspeicher, d.h. bei einem Verfahren zum Speichern von Wasser oder zur Gewinnung von Wasser wie Nutz- oder Trinkwasser aus Umgebungsluft, das in der festen Wirtstruktur eingebettete feste Aktivsalz einem feuchtem Gasstrom, z.B. einem feuchten Luftstrom, bei einem Wasserdampfdruck ausgesetzt werden, der ausreichend ist, um das Aktivsalz zu hydratisieren . Zur Wasserabgabe aus dem Kompositmaterial wird wiederum Wärme, die z.B. durch Solarthermie bereitgestellt wird, zugeführt und gegebenen¬ falls das freigesetzte gasförmige Wasser zur Kondensation ge¬ bracht . Furthermore, for use of the composite material than what ¬ water storage, that is, in a method for storing water or for the recovery of water as useful or potable water from ambient air, the embedded into the solid host structure solid active salt to a moist gas stream, for example a moist air stream, be exposed at a water vapor pressure sufficient to hydrate the active salt. Water Discharge from the composite material is again heat, for example, is provided by solar thermal energy, fed and given ¬ if the released gaseous water introduced ¬ condensation ge.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert . Beispiele The invention will be explained in more detail below with reference to examples. Examples
Ein Syntheseschema ist in Fig. 1 dargestellt. Komposit 3 der Fig. 1 entspricht einem gemäß den Beispielen 1, 2 oder 6 syn- thetisiertem sowie gemäß den Beispielen 7 und 10 analysiertem Komposit. Komposit 2 entspricht einem gemäß dem Beispiel 3 synthetisiertem Komposit. Komposit 1 entspricht einem gemäß den Beispielen 4 und 5 synthetisiertem sowie gemäß den Beispielen 8 und 9 analysiertem Komposit. A synthesis scheme is shown in FIG. Composite 3 of FIG. 1 corresponds to a composite synthesized according to Examples 1, 2 or 6 and analyzed according to Examples 7 and 10. Composite 2 corresponds to a composite synthesized according to Example 3. Composite 1 corresponds to a composite synthesized according to Examples 4 and 5 and analyzed according to Examples 8 and 9.
Die Partikelgrößen der Kompositmaterialien wurden unter Verwendung eines Lichtmikroskops SZ-60 der Firma Olympus und ei¬ ner Bügelmessschraube 0-25mm der Firma Hellios Preisser be¬ stimmt . The particle sizes of the composite materials were using a light microscope SZ-60 from Olympus and ei ¬ ner Micrometer 0-25mm Hellios Preisser be ¬ agrees.
Die Partikelgrößen der Vorläufersalze wurden unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops NTS LEO-1525 der Firma Carl Zeiss bestimmt. Beispiel 1 (Synthese) The particle sizes of the precursor salts were determined using a Scanning Electron Microscope NTS LEO-1525 from Carl Zeiss. Example 1 (Synthesis)
4,00 g Natriumalginat wurden in 200 ml demineralisiertem Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wurde unter Verwendung des Encapsulator B390 der Firma Büchi tropfenweise in 400 ml einer 6,7 molaren Calciumchloridlösung getropft, wobei sphärische Hydrogelpartikel entstanden. Die Hydrogelpartikel wurden für 24 Stunden in der Calciumchloridlösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140 °C für 24 Stunden getrocknet. Es wurden sphärische Kompositmaterial- partikel mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm erhalten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat und ein¬ gelagertem Calciumchlorid bestanden. Beispiel 2 (Synthese) 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml of demineralized water. The resulting solution was dropwise added dropwise into 400 ml of a 6.7 molar calcium chloride solution using Büchi's Encapsulator B390 to form spherical hydrogel particles. The hydrogel particles were stored for 24 hours in the calcium chloride solution, then rinsed briefly with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. Kompositmaterial- spherical particles were obtained with an average diameter of 2 mm, which consisted of a framework structure on the basis of alginate and a ¬ stored calcium chloride. Example 2 (Synthesis)
2,00 g Natriumalginat wurden in 100 ml demineralisiertem Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wurde unter Verwendung des Encapsulator B390 der Firma Büchi tropfenweise in 100 ml einer 0,5 molaren Calciumchloridlösung getropft, wobei sphärische Hydrogelpartikel entstanden. Die Hydrogelpartikel wurden für 24 Stunden in der Calciumchloridlösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140 °C für 24 Stunden getrocknet. Es wurden sphärische Kompositmaterial¬ partikel mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm erhalten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat und ein¬ gelagertem Calciumchlorid bestanden. Beispiel 3 (Synthese) 2.00 g of sodium alginate were dissolved in 100 ml of demineralized water. The resulting solution was dropwise added dropwise into 100 ml of a 0.5 molar calcium chloride solution using Bulki's Encapsulator B390 to form spherical hydrogel particles. The hydrogel particles were stored for 24 hours in the calcium chloride solution, then rinsed briefly with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. Were obtained with an average diameter of 2 mm spherical composite ¬ particles, of which consisted of a framework structure on the basis of alginate and a ¬ stored calcium chloride. Example 3 (Synthesis)
4,00 g Natriumalginat wurden in 200 ml demineralisiertem Wasser gelöst. Es wurden 16,00 g sphärische Hydromagnesitpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 ym zugegeben. Durch Rühren wurde eine homogene Suspension der Hydromagnesitparti¬ kel in der Natriumalginatlösung hergestellt. Die erhaltene Suspension wurde tropfenweise in 400 ml einer 6,7 molaren Calciumchloridlösung getropft, wobei sphärische Hydrogelpartikel mit eingelagertem Hydromagnesit entstanden. Die Hydrogelparti- kel wurden für 24 Stunden in der Calciumchloridlösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140°C für 24 Stunden getrocknet. Das getrocknete Kom¬ positmaterial wurde für 11 Tage über 37 Gew.-% Salzsäure gela¬ gert. Es wurden sphärische Kompositmaterialpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 4 mm erhalten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat, zu Magnesiumchlorid umge¬ setztem Vorläufersalz und eingelagertem Calciumchlorid bestanden . Beispiel 4 (Synthese) 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml of demineralized water. 16.00 g of spherical hydromagnesite particles with an average diameter of 10 μm were added. A homogeneous suspension of Hydromagnesitparti ¬ kel was prepared in the sodium alginate solution by stirring. The resulting suspension was dropwise added dropwise to 400 ml of a 6.7 molar calcium chloride solution to form spherical hydrogel particles with intercalated hydromagnesite. The hydrogel particles were stored for 24 hours in the calcium chloride solution, then rinsed briefly with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. The dried Kom ¬ positmaterial was gela Gert ¬ for 11 days more than 37 wt .-% hydrochloric acid. Spherical Kompositmaterialpartikel were obtained with an average diameter of 4 mm, which consist of a skeleton structure based on alginate, to magnesium chloride were converted ¬ setztem precursor salt and calcium chloride intercalated. Example 4 (Synthesis)
4,00 g Natriumalginat wurden in 200 ml demineralisiertem Wasser gelöst. Es wurden 16,00 g sphärische Hydromagnesitpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 10 ym zugegeben. Durch Rühren wurde eine homogene Suspension der Hydromagnesitparti¬ kel in der Natriumalginatlösung hergestellt. Die erhaltene Suspension wurde unter Verwendung des Encapsulator B390 der Firma Büchi tropfenweise in 400 ml einer 0,25 molaren Calcium- lactat-Lösung getropft wobei sphärische Hydrogelpartikel mit eingelagertem Hydromagnesit entstanden. Die Hydrogelpartikel wurden für 15 Stunden in der Calciumlactat-Lösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140 °C für 24 Stunden getrocknet. Das erhaltene Kompositmate- rial wurde für 48 Stunden bei 70 °C in demineralisiertem Wasser gelagert, anschließend filtriert und bei 130 °C getrock¬ net. Das getrocknete Kompositmaterial wurde für 14 Tage über 37 Gew.-% Salzsäure gelagert. Es wurden sphärische Kompositma¬ terialpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm erhal- ten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat und zu Magnesiumchlorid umgesetztem Vorläufersalz bestanden. 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml of demineralized water. 16.00 g of spherical hydromagnesite particles with an average diameter of 10 μm were added. A homogeneous suspension of Hydromagnesitparti ¬ kel was prepared in the sodium alginate solution by stirring. The resulting suspension was dropwise added dropwise using 400 ml of a 0.25 molar calcium lactate solution using Büchi Encapsulator B390, forming spherical hydrogel particles with intercalated hydromagnesite. The hydrogel particles were stored for 15 hours in the calcium lactate solution, then rinsed briefly with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. The Kompositmate- rial was stored for 48 hours at 70 ° C in demineralized water, then filtered and dried at 130 ° C getrock ¬ net. The dried composite material was stored for 14 days over 37 wt .-% hydrochloric acid. There were obtained spherical Kompositma ¬ terialpartikel with a mean diameter of 2 mm, which consisted of a framework structure based on alginate and converted to magnesium chloride precursor salt.
Beispiel 5 (Synthese) 4,00 g Natriumalginat wurden in 200 ml demineralisiertem Was¬ ser gelöst. Es wurden 16,00 g sphärische Hydromagnesit Parti¬ kel mit einem mittleren Durchmesser von 10 ym zugegeben. Durch Rühren wurde eine homogene Suspension der Hydromagnesitparti¬ kel in der Natriumalginatlösung hergestellt. Die erhaltene Suspension wurde tropfenweise in 400 ml einer 0,2 molaren Calciumlactatlösung getropft, wobei sphärische Hydrogelpartikel mit eingelagertem Hydromagnesit entstanden. Die Hydrogelparti¬ kel wurden für 15 Stunden in der Calciumlactatlösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140 °C für 24 Stunden getrocknet. Das erhaltene Kompositmate- rial wurde für 72 Stunden bei 70 °C in demineralisiertem Wasser gelagert, anschließend filtriert und bei 130°C getrocknet. Das getrocknete Kompositmaterial wurde für 11 Tage in mit Die- thylether verdünnter Schwefelsäure gelagert. Es wurden sphäri- sehe Kompositmaterialpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 4 mm erhalten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat und zu Magnesiumsulfat umgesetztem Vorläufersalz bestanden . Beispiel 6 (Synthese) Example 5 (synthesis) 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml demineralized What ¬ ser. There were spherical hydromagnesite Parti ¬ kel added with a mean diameter of 10 ym 16.00 g. A homogeneous suspension of Hydromagnesitparti ¬ kel was prepared in the sodium alginate solution by stirring. The resulting suspension was dropwise added dropwise into 400 ml of a 0.2 molar calcium lactate solution to form spherical hydrogel particles with intercalated hydromagnesite. The Hydrogelparti ¬ kel were stored for 15 hours in the calcium lactate solution, then briefly rinsed with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. The resulting composite material rial was stored for 72 hours at 70 ° C in demineralized water, then filtered and dried at 130 ° C. The dried composite material was stored for 11 days in sulfuric acid diluted with diethyl ether. There were obtained spherical composite material particles with a mean diameter of 4 mm, which consisted of a framework structure based on alginate and converted to magnesium sulfate precursor salt. Example 6 (Synthesis)
4,00 g Natriumalginat wurden in 200 ml demineralisiertem Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung wurde unter Verwendung des Encapsulator B390 der Firma Büchi tropfenweise in 110 ml einer 5,8 molaren Strontiumchloridlösung getropft, wobei sphärische Hydrogelpartikel entstanden. Die Hydrogelpartikel wurden für 24 Stunden in der Strontiumchloridlösung gelagert, anschließend kurz mit demineralisiertem Wasser gespült und bei 140 °C für 24 Stunden getrocknet. Es wurden sphärische Kompositmate- rialpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 mm erhalten, welche aus einer Gerüststruktur auf Basis von Alginat und eingelagertem Strontiumchlorid bestanden. 4.00 g of sodium alginate were dissolved in 200 ml of demineralized water. The solution obtained was dropwise added dropwise into 110 ml of a 5.8 molar strontium chloride solution using Büchi's Encapsulator B390 to form spherical hydrogel particles. The hydrogel particles were stored for 24 hours in the strontium chloride solution, then rinsed briefly with demineralized water and dried at 140 ° C for 24 hours. Spherical composite material particles with a mean diameter of 1 mm were obtained, which consisted of a framework structure based on alginate and intercalated strontium chloride.
Beispiel 7 (Wärmespeicherdichte und Wasseraufnahme / CaCl2 ~ Komposit) Example 7 (heat storage density and water absorption / CaCl 2 ~ composite)
Im Folgenden werden kalorimetrische Untersuchungen an einem gemäß Beispiel 1 hergestellten Komposit beschrieben. Das Kompositmaterial wurde bei 130 °C für 7 Tage gelagert und es wurden etwa 300 mg in eine Gasdurchflussmesszelle eines Setaram C80 Kalorimeters eingewogen. Die Messzelle wurde in den Messraum des Kalorimeters eingebracht und es wurde ein trockener Gasstrom bei 30 °C und maximal 5% relativer Feuchte bei einer Durchflussrate von 50 ml/min durch die Messzelle ge- leitet. Sobald eine konstante Temperatur und somit eine Null¬ linie des Wärmeflusses erreicht war, wurde die relative Feuch¬ tigkeit des Gasstroms auf 30 % erhöht und somit die Hydratati¬ on des Aktivsalzes im Kompositmaterial induziert. Die bei der Hydratation freigesetzte Wärme wurde mit Hilfe des Kalorime¬ ters ermittelt und aufgezeichnet. In the following, calorimetric investigations on a composite prepared according to Example 1 are described. The composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter. The measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter and a dry gas stream was passed through the measuring cell at 30 ° C. and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min. passes. Once a constant temperature, and thus a zero ¬ line of heat flow had been reached, the relative Feuch ¬ ACTION of the gas stream was increased to 30% and thus induces Hydratati ¬ on the active salt in the composite material. The liberated during the hydration heat was determined using the Kalorime ¬ ters and recorded.
Nach etwa 45 Stunden wurde die Messung beendet. Das Komposit¬ material wurde ausgewogen und eine Wasseraufnahme aus der Dif- ferenz von Einwaage und Auswaage berechnet. Es konnten eine gravimetrische Speicherdichte von 1239 KJ/g, bezogen auf das hydratisierte Material, und eine Wasseraufnahme von 0,89 g/g, bezogen auf das dehydratisierte Kompositmaterial, ermittelt werden. Aus der Schüttdichte des Materials und der gesamten freigesetzten Wärmemenge wurde eine Speicherdichte des Kompo¬ sitmaterials von 1,52 KJ/cm3, bezogen auf das hydratisierte Ma¬ terial, berechnet. After about 45 hours, the measurement was terminated. The composite ¬ material was weighed and water uptake from the difference of the initial and final weight Conference calculated. It was possible to determine a gravimetric storage density of 1239 KJ / g, based on the hydrated material, and a water absorption of 0.89 g / g, based on the dehydrated composite material. From the bulk density of the material and the total amount of heat liberated, a storage density of the compo ¬ sitmaterials of 1.52 KJ / cm 3, based on the hydrated Ma ¬ TERIAL calculated.
Beispiel 8 (Wärmespeicherdichte und Wasseraufnahme / MgSC^- Komposit) Example 8 (Heat Storage Density and Water Absorption / MgSC ^ Composite)
Im Folgenden werden kalorimetrische Untersuchungen an einem gemäß Beispiel 5 hergestellten Komposit beschrieben. Das Kompositmaterial wurde bei 130 °C für 7 Tage gelagert und es wurden etwa 300 mg in eine Gasdurchflussmesszelle eines Setaram C80 Kalorimeters eingewogen. Die Messzelle wurde in den Messraum des Kalorimeters eingebracht und es wurde ein trockener Gasstrom bei 30 °C und maximal 5% relativer Feuchte bei einer Durchflussrate von 50 ml/min durch die Messzelle ge¬ leitet. Sobald eine konstante Temperatur und somit eine Null¬ linie des Wärmeflusses erreicht war, wurde die relative Feuch¬ tigkeit des Gasstroms auf 84 % erhöht und somit die Hydratati¬ on des Aktivsalzes im Kompositmaterial induziert. Die bei der Hydratation freigesetzte Wärme wurde mit Hilfe des Kalorime¬ ters ermittelt und aufgezeichnet. In the following, calorimetric investigations on a composite prepared according to Example 5 are described. The composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter. The measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter, and it was a dry gas stream at 30 ° C and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min through the measuring cell ge ¬ passes. Once a constant temperature, and thus a zero ¬ line of heat flow had been reached, the relative Feuch ¬ ACTION of the gas stream was increased to 84% and thus induces Hydratati ¬ on the active salt in the composite material. The at the Hydration released heat was determined with the help of Kalorime ¬ ters and recorded.
Nach etwa 30 Stunden wurde die Messung beendet. Das Komposit- material wurde ausgewogen und eine Wasseraufnahme aus der Dif¬ ferenz von Einwaage und Auswaage berechnet. Es konnten eine gravimetrische Speicherdichte von 1038 KJ/g, bezogen auf das hydratisierte Material, und eine Wasseraufnahme von 0,64 g/g, bezogen auf das dehydratisierte Kompositmaterial, ermittelt werden. Aus der Schüttdichte des Materials und der gesamten freigesetzten Wärmemenge wurde eine Speicherdichte des Kompo- sits von 1,47 KJ/cm3, bezogen auf das hydratisierte Material, berechnet . Beispiel 9 (Wärmespeicherdichte und Wasseraufnahme / MgCl2~ Komposit ) After about 30 hours the measurement was stopped. The composite material was weighed and calculated a water uptake from the Dif ¬ Conference of initial weight and final weight. It was possible to determine a gravimetric storage density of 1038 KJ / g, based on the hydrated material, and a water absorption of 0.64 g / g, based on the dehydrated composite material. From the bulk density of the material and the total amount of heat released, a storage density of the composite of 1.47 KJ / cm 3 , based on the hydrated material, was calculated. Example 9 Heat Storage Density and Water Absorption / MgCl 2 Composite
Im Folgenden werden kalorimetrische Untersuchungen an einem gemäß Beispiel 4 hergestellten Komposit beschrieben. In the following, calorimetric investigations on a composite prepared according to Example 4 are described.
Das Kompositmaterial wurde bei 130 °C für 7 Tage gelagert und es wurden etwa 300 mg in eine Gasdurchflussmesszelle eines Setaram C80 Kalorimeters eingewogen. Die Messzelle wurde in den Messraum des Kalorimeters eingebracht und es wurde ein trockener Gasstrom bei 30 °C und maximal 5% relativer Feuchte bei einer Durchflussrate von 50 ml/min durch die Messzelle ge¬ leitet. Sobald eine konstante Temperatur und somit eine Null¬ linie des Wärmeflusses erreicht war, wurde die relative Feuch¬ tigkeit des Gasstroms auf 30% erhöht und somit die Hydratation des Aktivsalzes im Kompositmaterial induziert. Die bei der Hydratation freigesetzte Wärme wurde mit Hilfe des Kalorime¬ ters ermittelt und aufgezeichnet. The composite was stored at 130 ° C for 7 days and about 300 mg was weighed into a gas flow cell of a Setaram C80 calorimeter. The measuring cell was introduced into the measuring chamber of the calorimeter, and it was a dry gas stream at 30 ° C and a maximum of 5% relative humidity at a flow rate of 50 ml / min through the measuring cell ge ¬ passes. Once a constant temperature, and thus a zero ¬ line of heat flow had been reached, the relative Feuch ¬ ACTION of the gas stream was increased to 30% and thus induces the hydration of the active salt in the composite material. The liberated during the hydration heat was determined using the Kalorime ¬ ters and recorded.
Nach etwa 45 Stunden wurde die Messung beendet. Das Komposit- material wurde ausgewogen und eine Wasseraufnahme aus der Dif- ferenz von Einwaage und Auswaage berechnet. Es konnten eine gravimetrische Speicherdichte von 1295 KJ/g bezogen auf das hydratisierte Material, und eine Wasseraufnahme von 0,93 g/g, bezogen auf das dehydratisiertes Kompositmaterial, ermittelt werden. Aus der Schüttdichte des Materials und der gesamten freigesetzten Wärmemenge wurde eine Speicherdichte des Kompo- sits von 1,27 KJ/cm3, bezogen auf das hydratisierte Material, berechnet . Beispiel 10 (Zyklenstabilität / CaCl2-Komposit ) After about 45 hours, the measurement was terminated. The composite material was weighed out and a water absorption from the dif- calculated on the basis of weight and weight. A gravimetric storage density of 1295 KJ / g based on the hydrated material and a water absorption of 0.93 g / g based on the dehydrated composite material could be determined. From the bulk density of the material and the total amount of heat released, a storage density of the composite of 1.27 KJ / cm 3 , based on the hydrated material, was calculated. Example 10 (cycle stability / CaCl 2 composite)
Im Folgenden werden Untersuchungen zur Zyklenstabilität an einem Komposit gemäß Beispiel 1 beschrieben. Etwa 2 g des Kompositmaterials wurden in einem Klimaschrank der Feutron GmbH gelagert und es wurden widerholt die Tempera¬ tur und Luftfeuchtigkeit verändert. Eingangs wurde das Materi¬ al bei 130 °C dehydratisiert , anschließend bei 30 °C und 20% relativer Feuchte für 2 Stunden hydratisiert und für 2 Stunden bei 105 °C dehydratisiert. Das Material wurde gewogen und die Masse als Startwert definiert. Anschließend wurden wiederholt Zyklen aus Dehydratation und Hydratation durchgeführt. Die De- hydratation erfolgte bei 105 °C für 2 Stunden. Die Hydratation erfolgte bei 30 °C und 20% relativer Feuchte für ebenfalls 2 Stunden. Nach 3, 15 und 30 Zyklen wurde das Gewicht der hyd- ratisierten Probe ermittelt und die jeweilige Wasseraufnahme berechnet. Es wurde festgestellt, dass das Material unter den gegebenen Bedingungen zwischen 0,18 g/g (nach 3 Zyklen) und 0,19 g/g (nach 30 Zyklen) Wasser aufnimmt, jeweils bezogen auf die Masse des dehydratisierten Materials. Beispiel 11 (Wasserspeicherung und -gewinnung / CaCl2-Komposit ) In the following, investigations on the cycle stability on a composite according to Example 1 are described. About 2 g of the composite material were stored in a climatic chamber of Feutron GmbH and it were proved obsolete changed the tempera ¬ ture and humidity. The input Materi ¬ al was dehydrated at 130 ° C, then hydrated at 30 ° C and 20% relative humidity for 2 hours and dehydrated for 2 hours at 105 ° C. The material was weighed and the mass was defined as the starting value. Thereafter, cycles of dehydration and hydration were repeated. The dehydration was carried out at 105 ° C for 2 hours. The hydration was carried out at 30 ° C and 20% relative humidity for 2 hours. After 3, 15 and 30 cycles, the weight of the hydrated sample was determined and the respective water absorption calculated. Under the given conditions, it was found that the material absorbs between 0.18 g / g (after 3 cycles) and 0.19 g / g (after 30 cycles) of water, based in each case on the mass of the dehydrated material. Example 11 (Water Storage and Recovery / CaCl 2 composite)
Im Folgenden werden Untersuchungen zur Wasserspeicherung und - gewinnung an einem Komposit gemäß Beispiel 1 beschrieben. In the following, investigations on water storage and recovery on a composite according to Example 1 are described.
Etwa 20 mg des Kompositmaterials wurden bei 130 °C für 12 Stunden Stunden getrocknet und anschließend in eine simultane Thermoanalyse-Einheit Jupiter STA 449 F3 der NETZSCH-Gerätebau GmbH mit angeschlossenem Feuchtegenerator der Firma ProUmid GmbH & Co. KG überführt. Es wurde ein Luftstrom mit 30 °C und 25% relativer Feuchte über die Probe geleitet und danach die Wasseraufnahme anhand der Gewichtszunahme des Kompositmate¬ rials bestimmt. Im Verlauf von 12 Stunden nahm das Kompositma¬ terial 0,8 g/g Wasser aus der Umgebungsluft auf. Anschließend wurde das Kompositmaterial auf 100 °C für 12 Stunden erwärmt und die Wasserabgabe anhand des Gewichtsverlusts bestimmt. 0,75 g/g Wasser konnten durch das Erwärmen des Kompositmate¬ rials freigesetzt werden. About 20 mg of the composite material were dried at 130 ° C. for 12 hours and then transferred to a simultaneous Jupiter STA 449 F3 thermoanalysis unit from NETZSCH-Gerätebau GmbH with a connected moisture generator from ProUmid GmbH & Co. KG. It was passed a stream of air at 30 ° C and 25% relative humidity over the sample and then determining the water absorption on the basis of the weight increase of the Kompositmate ¬ rials. In the course of 12 hours, the compos ¬ TERIAL increased to 0.8 g / g of water from the ambient air. Subsequently, the composite material was heated to 100 ° C for 12 hours and the water release was determined by weight loss. 0.75 g / g of water could be released by heating the Kompositmate ¬ rials.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kompositmaterial, das 1. Composite material, the
eine Wirtstruktur auf Basis von Polysaccharidsäuren oder Salzen davon und  a host structure based on polysaccharide acids or salts thereof and
ein oder mehrere in die Wirtstruktur eingebrachte Aktivsalze, die durch Hydratation und Dehydratation Wärme speichern und abgeben können,  one or more active salts introduced into the host structure which can store and release heat through hydration and dehydration,
umfasst .  includes.
2. Kompositmaterial nach Anspruch 1, das in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 10 mm, insbesondere von 0,2 bis 8 mm, vorzugsweise 0,5 bis 6 mm, besonders bevorzugt 1,0 bis 5 mm vorliegt. 2. Composite material according to claim 1, which is in the form of particles having an average diameter of 0.1 to 10 mm, in particular from 0.2 to 8 mm, preferably 0.5 to 6 mm, particularly preferably 1.0 to 5 mm ,
3. Kompositmaterial nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Poly- saccharidsäure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyuroniden, Alginsäuren, Pektinsäuren, Carboxymethylcellu- lose, Hyaluronsäure, deren Salzen und Kombinationen davon. 3. A composite material according to claim 1 or 2, wherein the polysaccharide acid is selected from the group consisting of polyuronides, alginic acids, pectic acids, carboxymethyl cellulose, hyaluronic acid, their salts and combinations thereof.
4. Kompositmaterial nach Anspruch 3, wobei das Kompositmaterial eine Wirtstruktur auf Basis von Natriumalginat und/oder Ka- liumalginat umfasst. 4. A composite material according to claim 3, wherein the composite material comprises a host structure based on sodium alginate and / or potassium alginate.
5. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Aktivsalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MgCl2, CaCl2, SrCl2, Li2S04, Na2S04, MgS04, CaS04, SrS04, A12(S04)3, Na2S, LiBr, SrBr2, Hydraten von diesen Salzen und Kombinationen davon. 5. Composite material according to one of claims 1 to 4, wherein the active salt is selected from the group consisting of MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl 2 , Li 2 S0 4 , Na 2 S0 4 , MgS0 4 , CaS0 4 , SrS0 4 , Al 2 (S0 4 ) 3, Na 2 S, LiBr, SrBr 2 , hydrates of these salts and combinations thereof.
6. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Aktivsalz mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-%, insbesondere mindestens 70 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-% des Kompositmaterials aus- macht, bezogen auf die wasserfreie Form des Aktivsalzes und das Gesamtgewicht des Kompositmaterials. 6. Composite material according to one of claims 1 to 5, wherein the active salt at least 30 wt .-%, preferably at least 50 wt .-%, in particular at least 70 wt .-% and particularly preferably at least 80 wt .-% of the composite aus- based on the anhydrous form of the active salt and the total weight of the composite material.
7. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das eine Zyklenstabilität von Hydratation und Dehydratation in Bezug auf die Wasseraufnahme von mindestens 10 Zyklen, insbesonde¬ re 20 Zyklen und besonders bevorzugt mindestens 30 Zyklen aufweist . 7. Composite material according to one of claims 1 to 6, which has a cycle stability of hydration and dehydration with respect to the water absorption of at least 10 cycles, insbesonde ¬ re 20 cycles and more preferably at least 30 cycles.
Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das eine Wärmespeicherdichte von mindestens 1,0 KJ/cm3, insbesondere mindestens 1,2 KJ/cm3 und besonders bevorzugt mindestens 1,5 KJ/cm3 aufweist. Composite material according to one of claims 1 to 7, which has a heat storage density of at least 1.0 KJ / cm 3 , in particular at least 1.2 KJ / cm 3 and particularly preferably at least 1.5 KJ / cm 3 .
9. Verfahren zur Herstellung des Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem 9. A method for producing the composite material according to any one of claims 1 to 8, wherein
a) eine wässrige Mischung von Polysaccharidsäure oder einem Salz davon und einem oder mehreren Geliersalzen bereitgestellt wird, um ein Hydrogel zu bilden, bei dem das oder die Geliersalze in dem Hydrogel eingebracht sind, und  a) providing an aqueous mixture of polysaccharide acid or a salt thereof and one or more gelling salts to form a hydrogel in which the gelling salt (s) are incorporated in the hydrogel, and
b) das entstandene Hydrogel getrocknet wird, wobei i) das Geliersalz oder mindestens eines der mehreren Geliersalze ein Aktivsalz ist, wodurch nach Schritt b) das Kompo¬ sitmaterial erhalten wird, ii) nach Schritt a) und vor Schritt b) das entstandene Hydrogel mit einer wässrigen Lösung eines oder mehrerer Aktivsalze behandelt wird, um das oder die Aktivsalze in das Hydrogel einzubringen, und/oder iii) die Mischung in Schritt a) zusätzlich mindestens ein nicht gelöstes Vorläufersalz enthält, wodurch in Schritt a) ein Hydrogel gebildet wird, bei dem das mindestens eine Vor¬ läufersalz in das Hydrogel eingebracht ist, und das nach Schritt b) erhaltene getrocknete Hydrogel mit einer Säure behandelt wird, um das mindestens eine Vorläufersalz in ein Aktivsalz umzuwandeln, wobei gegebenenfalls das nach Schritt b) erhaltene getrocknete Hydrogel mit Wasser gewaschen wird, um das eine oder die mehreren Geliersalze aus dem Hydrogel zu entfernen, bevor das mindestens eine Vorläufersalz in ein Aktivsalz umgewandelt wird. b) the resulting hydrogel is dried, wherein i) the gelling salt or at least one of the plurality of gelling salts is an active salt, whereby after step b) the compo ¬ sitmaterial is obtained, ii) after step a) and before step b) the resulting hydrogel with an aqueous solution of one or more active salts is treated in order to introduce the active salt or salts into the hydrogel, and / or iii) the mixture additionally contains at least one undissolved precursor salt in step a), whereby a hydrogel is formed in step a) the one is before ¬ runner salt introduced into the hydrogel comprises at least, and to Step b) treating the dried hydrogel obtained with an acid to convert the at least one precursor salt into an active salt, optionally washing the dried hydrogel obtained after step b) with water to remove the one or more gelling salts from the hydrogel, before the at least one precursor salt is converted to an active salt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Vorläufersalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg5 (CO3) 4 (OH) 2*4H20, SrC03, CaC03, MgC03, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Sr(OH)2, CaMg(C03)2, MgO, CaO, Mischungen und Doppelsalzen davon. 10. The method of claim 9, wherein the precursor salt is selected from the group consisting of Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 .4H 2 O, SrC0 3 , CaC0 3 , MgC0 3 , Ca (OH) 2 , Mg ( OH) 2 , Sr (OH) 2 , CaMg (CO 3 ) 2 , MgO, CaO, mixtures and double salts thereof.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem das Vorläufersalz als Partikel mit einem Durchmesser von 3 bis 100, bevorzugt 5 bis 20 ym bereitgestellt wird. 11. The method according to any one of claims 9 or 10, wherein the precursor salt is provided as particles having a diameter of 3 to 100, preferably 5 to 20 ym.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Geliersalz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CaCl2, Calciumlactat, SrCl2, Calciumgluconat , Strontiumlactat , Strontiumgluconat, Bariumchlorid und Mischungen davon. The method of any one of claims 9 to 11, wherein the gelling salt is selected from the group consisting of CaCl 2 , calcium lactate, SrCl 2 , calcium gluconate, strontium lactate, strontium gluconate, barium chloride, and mixtures thereof.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schwefel¬ säure, Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Schwefliger Säure, Phosphorsäure und Mischungen davon. 13. The method according to any one of claims 9 to 12, wherein the acid is selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, phosphoric acid and mixtures thereof.
14. Verwendung des Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Wärmespeicherung, insbesondere als thermochemi- sches Wärmespeichermaterial, vorzugsweise zur wiederholten Wärmespeicherung und -abgäbe. 14. Use of the composite material according to any one of claims 1 to 8 for heat storage, in particular as a thermochemical heat storage material, preferably for repeated heat storage and -abgäbe.
15. Verwendung des Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Wasserspeicherung, insbesondere zur wiederholten Wasserspeicherung und -abgäbe. 15. Use of the composite material according to one of claims 1 to 8 for water storage, in particular for repeated water storage and -abgäbe.
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