[0001]
本发明涉及一种高碳化木基复合相变储能材料的制备方法，属于复合相变储热材料制备方面的技术领域。
背景技术：
[0002]
碳化木基复合相变储能材料是指以宏观木材实体经碳化后得到的碳化木材为基体材料，利用木材特有的三维网络孔隙结构，通过毛细管张力，范德华力等物理吸附相变储能材料而形成的一种新型生物质基复合相变储能材料。
[0003]
碳化木基复合相变储能材料在建筑节能领域具有广阔的应用前景。目前，因木材在碳化过程中体积收缩量大，易开裂等原因导致的碳化木框架基体容积变小，相变储能材料负载量过低，制约了其在生产实践中的应用，强化复合相变储能封装基体的有效容纳体积，以适应建筑节能领域中热能高效存储及利用的需求。
[0004]
木材的组成成分主要为纤维素、半纤维素和木质素。纤维素作为木材的基本骨架结构，而半纤维素和木质素作为基体物质填充在纤维素骨架中，将纤维素组成的纤丝黏接在一起。如果将木材中一部分半纤维素和木质素脱除，可以获得具有三维多孔结构的纤维素基体。碳化后形成的生物质碳材料，可提高热量的传导性能。但碳化后的纤维骨架易于收缩，降低储能材料的负载量。本发明以sio2气凝胶对纤维素基体进行填充支撑，且利用其大比表面积增大对相变材料的吸附。提高了碳化木基相变储热材料有效负载率较低的同时，解决了以 sio2气凝胶做封装体系力学性能差的问题。
技术实现要素：
[0005]
本发明旨在针对现有复合相变储能材料稳定性差、导热系数低、功能单一的弊端，提供一种碳化木基复合相变储能材料的制备方法。该制备方法工艺简便、易于控制、能耗低，提高了生物质基相变复合相变储能材料的应用潜力。本发明所采用的技术方案为：一种碳化木基复合相变储能材料的制备方法，其具体步骤
[0006]
如下：
[0007]
(1)将巴尔杉木木块置于去离子水中，在一定温度下蒸煮2h木块转入10％naclo2溶液中，80℃蒸煮2h至木块变白。转入去离子水中反复浸泡冲洗，冷冻干燥后得到脱木素巴尔杉木木块；
[0008]
(2)将正硅酸乙酯(teos)和甲基三甲氧基硅烷(mtms)、无水乙醇、去离子水n， n-二甲基甲酰胺(dmf)加入烧杯中，滴加盐酸至ph值为2～3进行水解，磁力搅拌混合均匀；
[0009]
(3)加入0.25mol/l氨水至ph值为6-7搅拌均匀后将块状去木素巴尔杉木浸入溶液中，真空浸渍40min后取出陈化放置12h；
[0010]
(4)将teos、mtms和无水乙醇按照物质的量比0.8:0.2:6均匀混合制备老化液，将陈化后的凝胶放入老化液中老化；
[0011]
(5)将其置于正己烷中45℃置换处理，处理2次；
[0012]
(6)用三甲基氯硅烷tmcs/正己烷混合液进行表面改性处理，直至不再析出油状物，用正己烷置换2次；
[0013]
(7)用分段升温方法干燥，干燥完成后即可得木材-sio2气凝胶复合材料；
[0014]
(8)将木材-sio2气凝胶复合材料在管式炉中氩气保护下进行碳化；
[0015]
(9)采用真空浸渍的方法将混合均匀的石蜡浸注到制得的碳化木-sio2气凝胶基体中，制得碳化木基复合相变储能材料。
[0016]
优选地，在步骤(1)中，蒸煮温度为80℃，10％naclo2溶液的ph值用乙酸调至4。
[0017]
优选地，在步骤(2)中，teos和mtms、无水乙醇、去离子水、dmf的物质的量比为0.8:0.2:6:4:0.5，水解时间为3小时。
[0018]
优选地，在步骤(3)中，真空度为0.08mpa，凝胶时间控制在1-2h。
[0019]
优选地，在步骤(4)中，teos、mtms和无水乙醇按照物质的量比0.8:0.2:6均匀混合，老化时间为24h。
[0020]
优选地，在步骤(5)中，6h更换一次正己烷。
[0021]
优选地，在步骤(6)中，三甲基氯硅烷tmcs/正己烷的体积比为1:9。
[0022]
优选地，在步骤(7)中，分段干燥顺序为30℃干燥2h，50℃干燥2h，80℃干燥4h， 100℃干燥2h，120℃干燥2h。
[0023]
优选地，在步骤(8)中，管式炉温度设置为：室温下240min升250℃，保温2h，100min 升450℃，70min升800℃，800℃保温1h。
[0024]
优选地，在步骤(9)中，熔融石蜡相变材料与碳化木-sio2气凝胶的质量比为5:1～10:1，真空干燥箱的真空度为0.1mpa，浸渍温度为70℃，浸渍时间为6～12h。
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与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果：
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1、相较于碳化木基复合相变储能材料，碳化木-sio2气凝胶基复合相变储热材料可控能力强，相变潜热高，高温稳定性好，受环境影响小，有利于其在建筑节能领域的推广与利用。
[0027]
2、该制备方法流程简单，易于控制，能耗低，以脱除部分半纤维素和木质素的巴尔杉木木纤维作为基体，将sio2气凝胶与其复合，经碳化后利用真空浸渍法将相变材料浸渍到巴尔杉木纤维基体中。本方法通过sio2气凝胶对巴尔杉木框架进行增强，扩大了碳化木材的孔道结构，增大了比表面积，提高了碳化木材对相变材料的容纳能力，有着良好的发展前景和进一步深入拓展研究的价值。
具体实施方式
[0028]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]
下面结合具体实施事例，对本发明进行详细说明：
[0030]
对例1无气凝胶作为支撑和比表面积增强项
[0031]
(1)将20
×
20
×
8mm的巴尔杉木木块放入去离子水中80℃蒸煮2h,后抽真空当木块沉底，继续蒸煮1h；
3进行水解，水解3h；
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(4)加入0.25mol/l氨水至ph值为7搅拌均匀后将块状去木素巴尔杉木浸入溶液中，真空浸渍40min后取出，陈化放置12h以增强骨架结构；
[0054]
(5)将teos、mtms和无水乙醇按照物质的量比0.8:0.2:6均匀混合制备老化液，将陈化后的凝胶放入老化液中老化24h，置换湿凝胶内部水分并进一步增强其网络骨架结构；
[0055]
(6)再将其置于正己烷中45℃置换处理，6h更换一次正己烷，置换2次；
[0056]
(7)再用体积比为1:9的tmcs/正己烷混合液进行表面改性处理，直至不再析出油状物改性完成。再用正己烷置换，6h更换一次正己烷，置换2次；
[0057]
(8)用分段升温方法干燥，30℃干燥2h，50℃干燥2h，80℃干燥4h，100℃干燥 2h，120℃干燥2h，干燥完成后即可得木材-sio2气凝胶复合材料；
[0058]
(9)将木材-sio2气凝胶复合材料在管式炉中氩气保护下进行碳化(室温240min升 250℃，保温2h，100min升450℃，70min升800℃，800℃保温1h)；
[0059]
(10)制得的碳化木-sio2气凝胶在60℃下真空浸渍混合均匀的石蜡，进行真空浸渍12h，完成饱和真空浸渍，将样品冷却至室温，获得碳化木基复合相变储能材料。
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对实施例2和对比例所得能进行了测试，测试结果如表2.
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表2碳化木基复合相变储能材料尺寸稳定与石蜡负载性能测试结果
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类别原尺寸碳化后尺寸石蜡负载率相变温度潜热对比例120
×
20
×
8mm7.2
×
6.4
×
5.1mm72％48.3℃142j/g实施例220
×
20
×
8mm14.8
×
16.6
×
6.2mm92％52.9℃185j/g
[0063]
由表1、表2汇总的实施例和对比例比较可知，通过本发明方法所得到的碳化木基复合相变储能材料对相变材料的有效容积有了很大改善。
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本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。