专利名称：一种纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料及其制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及相变蓄热材料，具体涉及一种纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料。
背景技术：
随着能源环境形势的日益严峻，迫切需要在高效能源、节能技术、清洁能源和可再 生环保型能源等领域取得进展。相变储能是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，是 缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。相变材料(PCM)是相变储能 技术的核心。 绝大多数无机物PCM具有腐蚀性而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，限 制其应用领域；而有机PCM腐蚀性小、在相变过程中几乎没有过冷和相分离的缺点，且化学 性能稳定、价格便宜，因此，在太阳能利用和建筑物采暖及空调的节能等领域，有机PCM的 应用十分普遍。然而，有机PCM普遍存在导热系数低的缺点，致使其在储能系统的应用中传 热性能差、蓄热量利用率低，从而降低了系统的效能。 提高有机PCM本身导热系数的主要途径是制备复合相变材料，在相变材料中添加 的颗粒大多是毫米或微米级固体颗粒。其缺点是，由于金属或金属氧化物与有机PCM间存 在较大的密度差，在复合相变材料融化时，毫米级或微米级的的固体颗粒极易在混合液中 沉淀析出；另外含大颗粒的复合相变材料在把储存的能量转移时，容易引起磨损或堵塞等 不良结果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄 热材料。 本发明的纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，是由纳米氧化铝分散在石蜡基体 中制得。 较佳的，所述复合相变蓄热材料中，以纳米氧化铝与石蜡的体积之和为基础计，纳 米氧化铝的体积比分数为0. 2-5. 0%。 所述纳米氧化铝为Y型结晶氧化铝，其粒径为10-100纳米。
所述复合相变蓄热材料的母体为石蜡，其熔点范围为46-52°C。
本发明的纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，其合成过程是，首先采用球磨方 法将分散剂与氧化铝充分混合，其目的在于提高氧化铝在石蜡中的分散性，进而制备含纳 米氧化铝/石蜡复合蓄热材料；或采取将分散剂先加入基体石蜡中分散后将氧化铝加入其 中制备复合相变蓄热材料。其优点在于(l)提高了材料的导热系数；(2)纳米氧化铝有较 大的比表面积，增加了传热面积；(3)在液相状态下，混合液内纳米级氧化铝不沉降分离； (4)纳米颗粒还可起到润滑的作用。
具体的，本发明的纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，按照如下步骤合成
制法l
(1)分散剂的添加将分散剂与纳米氧化铝按体积比2 : 1 1 : 2混合球磨5-25 分钟备用； (2)合成纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料将用分散剂处理好的纳米氧化铝 加入融化的石蜡中或将用分散剂处理好的纳米氧化铝和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅 拌该熔融物10-120min，保温55t: 6(rC超声10-120min，制得均匀稳定的纳米氧化铝/石
蜡复合相变材料。
制法2 (i)分散剂的添加将分散剂按分散剂与纳米氧化铝按体积比为2 : i i : 2的
量加入熔融石蜡中(边搅拌边滴加)，恒温55°C 6(TC超声10-30分钟待用； (2)合成纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料在已经分散了分散剂的熔融石蜡
中边磁力搅拌边加入纳米氧化铝，加入氧化铝后再磁力搅拌该熔融混合物10-120min，然后
保温超声10-120min，制得均匀稳定的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料。 所述分散剂为表面活性剂，优选油胺(C18H37N)或十八烷胺(C18H39N)。 本发明的复合相变蓄热材料可用于各种相变储能系统，适用于太阳能利用、余热
回收、智能化自动空调建筑物、玻璃暖房、相变储能型空调、电器恒温等民用和军用领域。 本发明通过使用表面活性剂对氧化铝或石蜡进行处理后，有效地改善了氧化铝在
石蜡中的分散性。将氧化铝通过磁力搅拌和超声振动分散到石蜡中形成均匀稳定的石蜡基
含纳米氧化铝复合相变蓄热材料。 本发明材料相变温度在4『C附近可调；热分析实验表明相变焓大，固固相变及固 液总相变焓可达150J/g以上；导热系数较母体有较大提高。本发明的复合相变蓄热材料与 母体材料相比，其优点和积极效果是提高了石蜡的导热系数；熔融态混合物中纳米氧化 铝不沉降分离，稳定性好；纳米级氧化铝颗粒还可起到润滑的作用，不易堵塞管道。而且，该 复合相变材料制备简单，有利于工业化。本发明制备的氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料当 氧化铝体积分数1. 2%时复合相变材料25t:的导热系数比母体的导热系数提高25%左右。
图1为纳米氧化铝的XRD图谱。图1表明该氧化铝粉末为Y型氧化铝。 图2中纯石蜡即体积分数为0的复合物((K = 0. 0)，及实例1、4、5、6所得氧化铝
/石蜡复合相变材料在25t:和65t:时的导热系数。
具体实施方式
实施例1 制备含0.2%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比0.2 : 99.8准备 好氧化铝粉(平均粒径100纳米，Y型)和石蜡，将氧化铝与油胺(氧化铝与油胺体积比 为2 : 1)混合，球磨5min待用。将处理好的氧化铝和石蜡以体积比共混熔融，磁力搅拌 10min，超声振动40min，得到的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为169. 7J/g， 融化温度为48. 3t:，且其25t:时导热系数比棕榈酸的导热系数提高16X。熔融态混合物可 稳定24小时无沉淀。
实施例2
4
制备含0. 2%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比0. 2 : 99. 8准备好 氧化铝粉(平均粒径10纳米，Y型)和石蜡，按氧化铝与油胺体积比为1 : 2准备油胺， 将油胺加入熔融的石蜡中超声10min。将混有油胺的融融石蜡进行磁力搅拌。边搅拌边加 入氧化铝粉，待氧化铝完全加入后再搅拌10min，然后取出磁子，恒温超声10min，得到的纳 米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为165. 7J/g，融化温度为47.『C，且其25t:时导 热系数比棕榈酸的导热系数提高16. 8%。熔融态混合物48小时后无沉淀析出。
实施例3 制备含5.0%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比5 : 95准备好 氧化铝粉(平均粒径20纳米，Y型)和石蜡，将氧化铝与油胺(氧化铝与油胺体积比为 2 : 1)混合，球磨25min待用。将处理好的氧化铝和石蜡共混熔融，磁力搅拌120min，保温 超声120min，得到的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为151. 6J/g，融化温度为
45. 3t:，且其25t:时导热系数比基体物质的导热系数提高32%。熔融态混合物48小时无 沉淀。 实施例4 制备含5. 0%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比5 : 95准备好氧化 铝粉(平均粒径40纳米，Y型)和石蜡，按氧化铝与十八胺体积比为2 : l准备十八胺，将 十八胺加入熔融的石蜡中超声10min。将混有十八胺的融融石蜡进行磁力搅拌。边搅拌边 加入氧化铝粉，待氧化铝完全加入后再搅拌120min，然后取出磁子，超声振动120min，得到 的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为155. 7J/g，融化温度为45.『C，且其25t: 时导热系数比棕榈酸的导热系数提高32. 8%。熔融态混合物24小时无沉淀。
实施例5 制备含0.45%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比0.45 : 99. 55准 备好氧化铝粉(平均粒径20纳米，Y型)和石蜡，按氧化铝与油胺体积比为1 : 1准备油 胺，将油胺加入熔融的石蜡中超声30min。将混有油胺的融融石蜡进行磁力搅拌。边搅拌边 加入氧化铝粉，待氧化铝完全加入后再搅拌60min，然后取出磁子，超声振动60min，得到的 纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变总潜热为167. 3J/g，融化温度为4『C，且其25t:时 导热系数比棕榈酸的导热系数提高20. 0%。熔融态混合物48小时无沉淀。
实施例6 制备含1.2%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比1.2 : 9S.8准备 好氧化铝粉(平均粒径20纳米，Y型)和石蜡，将氧化铝与油胺(氧化铝与油胺体积比为 1 : 1)混合，球磨25min待用。将处理好的氧化铝和石蜡共混熔融，磁力搅拌120min，保温 超声120min，得到的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为163. 3J/g，融化温度为
46. 3t:，且其25t:时导热系数比基体物质的导热系数提高25%。熔融态混合物48小时无 沉淀。 实施例7 制备含1. 2%体积分数氧化铝的复合相变蓄热材料。按体积比1. 2 : 98. 8准备好 氧化铝粉(平均粒径20纳米，Y型)和石蜡，按氧化铝与十八胺体积比为1 : 2准备十八 胺，将十八胺加入熔融的石蜡中超声10min。将混有十八胺的融融石蜡进行磁力搅拌。边 搅拌边加入氧化铝粉，待氧化铝完全加入后再搅拌90min，然后取出磁子，超声振动90min，
5得到的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料，其相变潜热为153. 7J/g，融化温度为45. 5t:，且其 25t:时导热系数比棕榈酸的导热系数提高24. 2% 。熔融态混合物48小时无沉淀。
权利要求
一种纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，是由纳米氧化铝分散在石蜡基体中制得。
2. 如权利要求1所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，其特征在于，所述复合相变蓄热材料中，以纳米氧化铝与石蜡的体积之和为基础计，纳米氧化铝的体积比分数为0. 2-5. 0%。
3. 如权利要求l所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，其特征在于，所述纳米氧化铝为Y型结晶氧化铝。
4. 如权利要求3所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，其特征在于，所述纳米氧化铝粒径为10-100纳米。
5. 如权利要求l所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料，其特征在于，所述石蜡的熔点范围为46-52°C。
6. 如权利要求1-5中任一权利要求所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料的制备方法，包括下列步骤(1) 分散剂的添加将分散剂与纳米氧化铝按体积比2 : 1 1 : 2混合球磨5-25分钟备用；(2) 合成纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料将用分散剂处理好的纳米氧化铝加入融化的石蜡中或将用分散剂处理好的纳米氧化铝和石蜡的混合物加热至熔融，磁力搅拌该熔融物10-120min，保温超声10-120min，制得均匀稳定的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料。
7. 如权利要求7所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为油胺或十八烷胺。
8. 如权利要求1-5中任一权利要求所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料的制备方法，包括下列步骤(1) 分散剂的添加将分散剂按分散剂与纳米氧化铝按体积比为2 : 1 1 : 2的量加入熔融石蜡中，超声10-30分钟待用；(2) 合成纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料在已经分散了分散剂的熔融石蜡中边磁力搅拌边加入纳米氧化铝，加入氧化铝后再磁力搅拌该熔融混合物10-120min，然后保温超声10-120min，制得均匀稳定的纳米氧化铝/石蜡复合相变材料。
9. 如权利要求8所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为油胺或十八烷胺。
10. 如权利要求1-5中任一权利要求所述纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料在相变储能系统中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种纳米氧化铝/石蜡复合相变蓄热材料及其制备与应用。本发明的复合相变蓄热材料为纳米氧化铝与石蜡复合形成的均匀稳定的复合物。本发明的复合相变蓄热材料的相变温度在48℃附近可调；热分析实验表明相变焓大，固固相变及固液总相变焓可达150J/g以上；导热系数较母体有较大提高，可广泛用于太阳能利用、余热回收、智能化自动空调建筑物、玻璃暖房、相变储能型空调、电器恒温等民用和军用领域。
文档编号C09K5/00GK101724380SQ20091019947
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者王继芬, 谢华清, 黎阳 申请人:上海第二工业大学