石蜡/SiO2核壳结构复合相变材料的制备

摘要

相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。其在相态变化过程中会吸收环境中的热(冷)量，在储存能量的同时还能控制周围环境温度，这使得相变材料在温度控制、能量吸收转化和废弃能量的回收利用上得到广泛应用。无机相变材料存在过冷、相分离等缺陷，有机相变材料则存在渗漏问题，为了解决这些问题，目前主要采取的方法是制备核壳结构的有机/无机相变材料，因此，本文针对石蜡/SiO2复合相变材料做了以下研究。
　　本文以九水硅酸钠和盐酸为原料，在石蜡乳液中水解生成SiO2以包裹石蜡，制备得到了石蜡/SiO2核壳结构的复合相变材料。经过DSC、XRD、FT-IR和FESEM的分析表征，表明该复合相变材料相变温度与纯石蜡相变温度相仿，相变潜热较高。SEM照片显示其微观结构为SiO2包裹石蜡的核壳结构，颗粒直径约为2~5μm。
　　对石蜡/SiO2复合相变材料进行了TG测试，并绘制了其在升温降温过程中的温度变化曲线，检测其热稳定性。结果表明该相变材料在150℃以下时热稳定性好，且相变材料的换热速率较纯石蜡有所增加。通过50次的升降温循环实验检测相变材料的耐久性，循环使用50次之后相变材料的质量、相变温度和相变潜热均未发生较大变化，表明其耐久性较好。
　　对实验条件进行了单因素实验，确定了反应物浓度、蜡硅比、乳化转速、乳化时间和表面活性剂的最佳值，实验结果表明最佳实验条件为：表面活性剂CTAB用量0.8g，乳化转速4000 r·min-1，乳化时间15min，蜡硅质量比5:3，硅酸钠浓度0.45 mol·L-1，盐酸浓度0.9 mol·L-1。以该实验条件制备的石蜡/SiO2复合相变材料相变潜热最大，为86.61J/g。通过正交实验进一步对乳化转速、蜡硅质量比、乳化时间和物料浓度进行优化，得到的最佳实验参数与单因素实验结果相吻合。

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目录

1 绪 论

1.1 相变储能技术

1.2 相变储能材料的国内外研究现状

1.3 相变材料的应用

1.4课题研究目标与内容

2 实验及测试方法

2.1 实验原料及仪器

2.2 表征测试方法

3 石蜡/SiO2复合相变材料的制备

3.1 石蜡乳液的制备

3.2 正硅酸乙酯与硅酸钠为硅源制备石蜡/SiO2复合相变材料

3.3 硅酸钠为硅源制备石蜡/SiO2复合相变材料

4 石蜡/SiO2复合相变材料的表征及分析

4.1 相变行为分析

4.2 相变材料的微观结构与组成

4.3 热稳定性分析

4.4 相变材料的耐久性

4.5本章小结

5 复合相变材料制备工艺的优化

5.1 表面活性剂用量的影响

5.2 蜡硅比的影响

5.3 乳化转速

5.4 乳化时间

5.5 反应物浓度

5.6 正交实验

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录A. 作者在攻读硕士学位期间取得的研究成果