添加剂对六水氯化钙循环结晶性能和结晶温度影响研究

摘要

相变储能材料作为一种新型功能材料在节能环保领域正发挥越来越重要的作用。本文在总结相变储能材料的基本理论和研究现状的基础上,选择了以六水氯化钙为代表的无机相变材料为研究对象,六水氯化钙具有接近室温的相变温度、高相变潜热、高导热率以及价格低廉等优点,然而其严重的过冷度及相分离等问题制约了其实际应用。
　　实验首先以六水氯化锶、氯化钾、硫酸钡、氟化钙和硼砂为成核剂,通过步冷曲线法测试其对六水氯化钙体系过冷度的影响；以硅藻土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素为悬浮剂,通过多次熔化凝固循环试验,测试材料结晶稳定性；以AC为熔点调节剂,通过添加不同的含量测试其对材料相变温度的影响,并通过添加成核剂和悬浮剂来提高材料循环次数。借助差示扫描量热法DSC及X射线衍射仪,对部分样品的相变潜热和循环前后物相变化进行了测量。
　　根据“晶格参数相似”原则,添加3%六水氯化锶为成核剂,材料过冷度最小,为1.5℃,相变温度27.8℃。以3%六水氯化锶为成核剂,7%凹凸棒土为悬浮剂,通过100次熔化凝固循环试验,发现其循环结晶性能有明显改善。DSC测试表明,无悬浮剂的样品潜热最大,为 158.7J/g,而加入悬浮剂的样品潜热变小,这主要是样品中有效成分六水氯化钙的比重降低造成的。
　　添加0.5%六水氯化锶,10%AC和不同比例悬浮剂,测试其相变温度约为22℃,经过循环试验后,3%的羧甲基纤维素和7%的凹凸棒土作悬浮剂的样品无明显的相分离现象,循环稳定性得到改善。对循环前后样品进行DSC测试,无悬浮剂的样品由于严重的相分离,其潜热衰减率最高,达31%,凹凸棒土为悬浮剂的样品经过循环潜热由144J/g变为122.8J/g,循环前后潜热均为最高,是为最佳配方。对改善性能后的六水氯化钙和调节熔点后的六水氯化钙进行 XRD 测试,得出两种样品配方的晶型结构,受取样位置的影响,循环前后未发现物质结构的变化。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 相变储能材料概述

1.2.1 相变材料的分类

1.2.2 相变储能材料的筛选原则

1.3 相变储能材料的相变机理

1.3.1 无机水合盐的过冷机理

1.3.2 无机水合盐的析出机理

1.3.3 相变材料的成核结晶机理

1.4 相变材料的研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.4.3 目前存在的问题

1.5 本文研究内容

第二章 实验原材料、设备及测试方法

2.1 实验原材料

2.1.1 实验主要储能材料

2.1.2 成核剂

2.1.3 悬浮剂

2.2 实验仪器及设备

2.3 试验样品配方

2.4 相变材料的测试方法

2.4.1 步冷曲线法

2.4.2 差示扫描量热法

2.4.3 X射线衍射测试

第三章 实验结果与分析

3.1 纯CaCl2·6H2O储的热性能

3.2 添加剂对六水氯化钙储热性能的影响

3.2.1 不同成核剂的步冷曲线测试分析

3.2.2 不同悬浮剂的步冷曲线测试分析

3.2.3 材料熔化-凝固循环试验结果分析

3.2.4 六水氯化钙潜热的测量

3.2.5 小结

3.3 调节六水氯化钙相变温度的研究

3.3.1 AC添加量对六水氯化钙相变温度的影响

3.3.2 低熔点六水氯化钙循环结晶性能的研究

3.3.3 低熔点六水氯化钙结晶温度及潜热的测量

3.3.4 XRD测试分析

3.3.5 小结

第四章 结论

参考文献

致谢