一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒及制备方法，将铝基金属颗粒于沸水中进行水煮处理，使金属颗粒表面与水发生水解反应形成氧化物前驱体壳膜。将含铝前驱体与去离子水混合，使用氨水调节pH为11，制作氧化铝的前驱体溶胶。将水煮处理后的颗粒加入到前驱体溶胶中，进行溶胶凝胶处理。最后经高温热处理，生成氧化铝包覆的铝基金属相变微胶囊储热颗粒，即芯材为铝基金属，壳膜为氧化铝的核壳结构微胶囊颗粒。本发明专利技术制得的胶囊化相变颗粒能够有效防止铝基金属在相变后发生泄露，在熔点以上可保持固体颗粒的状态，储热密度高，循环使用寿命长。本发明专利技术的制备方法简单，工艺环保，易于工业化生产。工业化生产。工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒及制备方法


[0001]本专利技术涉及储热与热能利用领域，具体涉及一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒及制备方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的过度使用对环境造成了严重的污染，因此迫切需要扩大可持续的新能源资源的开发。风能和太阳能等可再生能源存在着不稳定和低能量密度的关键问题，可以通过热能储存来缓解。热能储存有显热储存、潜热储存和热化学储存三种形式。显热储能是通过显热材料自身的热容储存热量，随着温度的升高、降低从而将热量储存、释放。显热储热是最常用的技术，但它有热储密度低的问题，这使得储热系统很笨重。热化学储热具有高的储热密度和低的热损失，但这种技术在反应和系统设计上比较复杂。基于相变材料的潜热储能兼顾了显热储能和热化学储能的优点，具有储热密度高、工作温度恒定、工艺简单等特点，在工业余热回收、建筑保温制冷、太阳能热利用等领域具有广阔的应用前景。
[0003]熔点高于300℃的相变材料被称为高温相变材料，主要包括无机熔融盐和金属/合金。其中无机盐的低导热性和高腐蚀活性极大限制了其应用，而金属具有高潜热、合适的相变温度和高热导率等优点十分利于其在高温领域的热能利用。然而金属熔化后存在容易泄漏、高反应性和高腐蚀性的问题。如果能够将金属相变材料封装起来，可以有效解决泄露和腐蚀问题，所以发展有效可靠的封装技术对推动金属相变材料应用于储热领域至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，能够解决铝基金属相变材料在高温融化相变后存在的液相泄露和高温腐蚀等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将铝基金属颗粒分散于沸水中进行水煮处理，金属表面与水发生水解反应。
[0007](2)将含铝前驱体与去离子水混合，使用氨水调节pH为11，制作氧化铝前驱体溶胶。将步骤1水煮处理的样品干燥后，加入前驱体溶胶中，进行溶胶凝胶处理。
[0008](3)将上述样品干燥后，高温热处理，生成氧化铝包覆的铝基金属相变微胶囊储热颗粒，即芯材为铝基金属，壳膜为氧化铝的核壳结构微胶囊颗粒。
[0009]优选地，步骤(1)中所述铝基金属颗粒选自铝单质、铝锌合金、铝硅合金二元或多元铝合金中的一种。
[0010]优选地，步骤(1)中所述铝基金属颗粒尺寸在1
‑
100εm之间。
[0011]优选地，步骤(1)中沸水处理时间为0.5h
‑
5h。
[0012]优选地，步骤(2)中含铝前驱体选自六水合氯化铝、异丙醇铝、硝酸铝等水溶性铝盐中的一种。
[0013]优选地，步骤(2)中溶胶凝胶处理时间为0.5
‑
5h。
[0014]优选地，步骤(3)中高温热处理温度为800
‑
1200℃，处理时间为0.5
‑
10小时，处理气氛为空气或氧气。
[0015]本专利技术制得的铝基金属相变微胶囊经100次相变循环后，相变焓值几乎保持不变，热循环稳定性好，适合用于储热。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0017]1.本专利技术首先通过简单的水煮表面处理法将铝基金属颗粒表面生成一层氧化铝前驱体壳膜，此壳膜既可以当作后续氧化铝壳层的前驱体，也可当作溶胶凝胶处理时的防腐层，提高微胶囊生产率。再经过溶胶凝胶处理，含铝溶胶颗粒包覆并填充至水煮处理形成的前驱体壳膜中，提高了壳层密度和厚度。最后经过含氧气氛下的高温热处理，使氧化物壳膜增厚并稳定，形成了稳定的氧化铝包裹的铝基金属相变微胶囊颗粒。胶囊化的相变颗粒能够有效地防止芯材金属在融化相变后发生液相泄露，并使芯材物质与空气隔绝，使其使用寿命更加长久。
[0018]2.本专利技术的制备方法简便，工艺成本低，得到的金属相变微胶囊表现出优异的热稳定循环性能。
[0019]3.本专利技术以水作为试剂，容易获得，反应也未生成有害物质，对环境零污染等优点。
附图说明
[0020]图1(a)是实施例1制得微胶囊样品的实物图；图1(b)是对比实验一制得样品的实物图。
[0021]图2(a)、(b)和(c)分别是实施例1、对比实验二和对比实验三制得样品的SEM形貌图。
[0022]图3(a)为实施例1制得样品的DSC测试图，(b)为对比实验二制得样品的DSC测试图，(c)为对比实验三制得样品的DSC测试图。
[0023]图4(a)和(b)分别为实施例1制得样品循环100次前后的SEM形貌对比图。
具体实施方案
[0024]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0025]实施例1：
[0026]将5g的30
‑
45μm铝粉在沸水中水煮1h，然后将样品洗涤干燥。将7.2g六水合氯化铝加入100ml去离子水中，充分搅拌；接着缓慢滴加10ml氨水，调节溶液pH为11，生成氢氧化铝溶胶。取0.5g干燥后的水煮样品放入氢氧化铝溶胶中，搅拌1h，随后收集样品并干燥。最后将样品在氧气气氛中以5℃/min的升温速率加热到1100℃，保持1h后以5℃/min的降温速率冷却到室温，制成氧化铝陶瓷封装金属铝的相变储热微胶囊。
[0027]图1(a)为制得样品的实物图，图2(a)为制得样品的SEM形貌图。该产品在经过高温热处理后并未发生泄漏，说明成功制成了相变储热微胶囊。随后，将该样品置于空气氛围中，在600
‑
700℃的温度范围内进行100次熔化凝固循环实验。图3(a)为制得样品的100次循环DSC测试图，样品在经过100次循环后，熔化温度为655℃，焓值保持在227J/g，均与循环前相同，熔化曲线与循环前保持一致。图4(a)和(b)分别为实施例1制得样品循环100次前后的
SEM形貌对比图，样品在100次循环后，仍保持球形的壳核结构，未发生泄露。说明制得的相变储热微胶囊焓值高且热循环稳定性优异，具有一定的利用价值。
[0028]作为对比实验一，将铝粉颗粒不经过水煮处理和溶胶凝胶处理，并经过同样的热处理过程，样品出现铝金属泄漏，如图1(b)所示，直接在氧气气氛下高温热处理后的样品因为颗粒的融化后泄露，粘连板结在一起。
[0029]作为对比实验二，将铝粉颗粒不经过水煮处理，直接进行溶胶凝胶处理，并经过同样的热处理过程，样品未出现泄漏，能够成功制成相变储热微胶囊，如图2(b)所示。但该产品经过100次循环后，焓值由232J/g降低到214.4J/g，如图3(b)所示。说明只经过溶胶凝胶处理和热氧化处理制得的产品壳膜厚度不够，多一步水煮处理可以增加壳层的厚度，从而提高微胶囊的循环热稳定性。同时，对比实验二的产品产率非常低，仅为实施例1的75％，说明水煮处理后形成的前驱体壳层可以充当溶胶凝胶处理时的防腐层，对最终形成良好的产品具有重要的作用。水煮形成的壳膜不仅可以增加微胶囊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铝基金属颗粒分散于沸水中进行水煮处理，使金属颗粒表面与水发生水解反应，经过滤后、干燥；(2)将含铝前驱体与去离子水混合，并使用氨水调节pH为11，制作氧化铝前驱体溶胶。将步骤1水煮处理后的样品，加入到该前驱体溶胶中，进行溶胶凝胶包覆处理，使水煮后的颗粒表面进一步包覆氧化铝前驱体；(3)将上述样品干燥后，进行高温热处理，生成氧化铝包覆的铝基金属相变微胶囊储热颗粒，即芯材为铝基金属，壳膜为氧化铝的核壳结构微胶囊颗粒。2.根据权利要求1所述的一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属颗粒选自铝单质、铝锌合金、铝硅合金的二元或多元铝合金中的一种。3.根据权利要求1所述的一种铝基金属相变微胶囊储热颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铝基金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘韧婕，赵呈志，葛云飞，盛楠，朱春宇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：