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膨润土基纳米复合PCM制备及其建筑节能应用

薛永丽  
【摘要】:相变储能技术是利用相变材料在相变过程中具有的储存/释放大量热量、相变温度恒定、相变过程可逆等特点来实现能量在空间和时间上的转移,从而成为目前最受瞩目的实现建筑节能的有效途径和研究方向之一。 本文选取矿产资源丰富、具有优良物化性能的天然纳米材料膨润土作为封装材料,以脂肪酸为芯材,经过调配二元低共融脂肪酸和有机改性膨润土,再利用插层复合法制备了膨润土基纳米复合相变储能材料,并将其掺入到水泥砂浆中制备了相变储能水泥砂浆板。利用DSC、XRD、FTIR、TGA和SEM等方法表征了有机膨润土和膨润土基纳米复合相变材料的结构和热性能,并用试验模拟法对相变材料的储能控温性能进行了初步研究。 根据最低共熔机理及LA-CA二元固-液相平衡图,制备LA-CA二元最低共熔脂肪酸,其最低共熔的摩尔配比为nLA:nCA=0.303:0.697,相变焓为155.78J/g,相变温度为18.57℃。利用十六烷基三甲基溴化铵对钠基膨润土进行有机改性,并将膨润土的晶层间距从1.2650nm增大到2.2156nm,通过正交实验设计L16(45)得到了最佳工艺参数:反应时间为1.5h,改性剂用量为120%CEC,反应溶液的PH值为5,反应温度为70℃,固液比为4%。根据插层复合理论,通过最佳复合配比将LA-CA二元最低共熔脂肪酸插层到膨润土的片层结构中,制备了膨润土基纳米复合相变储能材料,并测得其相变温度为18.10℃、相变焓为60.67J/g,晶层间距增大到5.0154nm,具有良好的储能控温性能,相变体积变化率仅为5.78%,且具有良好的热循环稳定性。膨润土基纳米复合相变储能材料掺入到水泥砂浆中,显著的增大了其储能控温性能,但同时降低了抗压强度。 实验结果表明,本文制备的膨润土基纳米复合相变材料热物性能良好,较好地解决了固液相变材料的封装问题,在建筑节能领域具有良好的应用前景。


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