碳酸盐复合蓄热材料的制备及热物性研究

以二元碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃,BC,62：38,摩尔比）和三元碳酸盐（K₂CO₃-Li₂CO₃-Na₂CO₃,TC,1：2：1,摩尔比）为相变材料,以氧化镁为基体材料,通过混合烧结法制备陶瓷基复合蓄热材料。二元碳酸盐复合材料（BCC）和三元碳酸盐复合材料（TCC）的熔点与相应混合碳酸盐的熔点相近,分别为465.1℃和386.4℃,并在其最高使用温度（800℃）范围内维持较高的比热容;且复合材料的潜热值均大于150.0 J/g。基于XRD和SEM的表征分析,两种复合蓄热材料具有较好的化学稳定性,且基体材料能很好地混合支撑相变材料。两种复合材料分别进行50次热循环,其热物性参数没有发生明显变化,具有较好的热循环稳定性。     

常见钠盐的高温挥发特性及热解机理

选取有机废液中常见的钠盐(氯化钠、碳酸钠、硫酸钠、甲酸钠、乙酸钠、草酸钠)，通过热重分析仪，在25~1400℃考察其高温挥发特性。基于Gibbs自由能最小原理，对NaCl、Na₂CO₃及Na₂SO₄的挥发特性进行热力学计算。结果表明，在N₂气氛中，NaCl在达到熔点后以气态NaCl及气态Na₂Cl₂的形式释放，Na₂SO₄升温至885℃分解生成Na₂O，同时Na₂O分解，并以Na单质形式释放。而有机羧酸钠盐在600℃之前均热解为Na₂CO₃，继续升高温度则分解为Na₂O，同样最后以气态Na单质的形式释放。在空气气氛中，由于O₂的存在，抑制了Na₂O的分解反应，致使Na₂CO₃分解速率小于N₂气氛。     

水合盐基中低温热化学储热材料性能测试及数值研究

以水合盐K₂CO₃·1.5H₂O和膨胀石墨（EG）分别作为化学蓄热材料和多孔基质,研制了复合储热吸附剂K₂CO₃@EG。对该复合吸附剂和未掺杂膨胀石墨的纯水合盐就脱附储热、吸附性能、循环稳定性等方面进行了对比分析。结果表明,复合吸附剂所需的脱附温度降低,对吸附质的吸附动力学性能也有明显提升且可有效避免潮解现象。经过连续15次的脱附-水合循环实验后,纯盐和复合吸附剂的储热密度分别下降27.6%和10.9%。此外,对储热单元的数值研究结果初步验证了该蓄热体系的可行性。     

四元相变材料的制备及改性研究

为探究与制备更加适用于太阳能储能应用的四元相变材料,以Na₂HPO₄·12H₂O为主储热剂,Na₂SO₄·10H₂O,Na₂CO₃·10H₂O,Na₂S₂O₃·5H₂O与CH₃COONa·3H₂O为辅储热剂,在四种辅储热剂中任取三种与主储热剂按照设计的配比进行混合,制备四元相变储能材料,并选取纳米TiO₂,ZnO,Al₂O₃以及Na₂SiO₃和Na₂B₄O₇·10H₂O作为成核剂分别对其进行改性,通过步冷曲线、DSC、SEM、IR、XRD对样品进行数据分析。结果表明,Na₂HPO₄·12H₂O/Na₂CO₃·10H₂O/Na₂SO₄·10H₂O/Na₂S₂O₃·5H₂O为四元PCMs的最佳组合,其最佳配比(质量分数)分别为60%、10%、20%、10%(60/10/20/10)。在多种成核剂中掺加氧化锌的效果最好,当掺量10%(质量分数)时,四元PCMs的过冷度由3.0 ℃降低到0.2 ℃,相变焓由95.11 J/g升至472.39 J/g,相变温度区间从15.44~39.90 ℃改变至50.79~129.64 ℃,且无相分离。     

熔融盐高储热材料的研究进展

储热技术是太阳能热发电行业的关键技术,而熔融盐是储热行业的主导材料。对储热材料的概念和类型做了介绍。概述了太阳能热发电在国内外的发展趋势,对比了碳酸盐、氯化盐、硝酸盐作为储热材料的优缺点,重点综述了熔融盐及其与其他材料（如金属、膨胀石墨、陶瓷等）的复合熔盐的研究进展,提出了避免孤立研究储热材料和开发多种复合技术的新思路。     

新型建筑用二元复合定型相变材料的制备及性能评价

针对建筑节能领域，提出了一种由十二醇（LA，C₁₂H₂₆O）和硬脂酸（SA，C₁₈H₃₆O₂）组成的具有适宜相变温区且相变潜热较高的二元相变材料LA-SA，并以膨胀珍珠岩和陶粒为多孔吸附材料制备出复合定型相变材料，探究了不同吸附材料对于定型相变材料热物性的影响。二元相变材料LA-SA的最优配比为质量分数82%十二醇+18%硬脂酸，其熔融相变温度为21.3℃，相变潜热为205.9 kJ/kg，且热稳定性能良好。以膨胀珍珠岩和陶粒为吸附材料，通过真空吸附法制备出了两种建筑用定型相变材料，并对其进行了SEM、FTIR、TG及DSC性能表征，结果表明：LA-SA与两种吸附材料的复合过程仅为物理吸附且复合良好，吸附后的定型相变材料的相变潜热有一定的降低；相比于陶粒，膨胀珍珠岩对相变材料的吸附率较高，且对相变材料热性能影响较小；LA-SA/膨胀珍珠岩熔融相变温度为22.7℃，相变潜热为165.3 kJ/kg，可应用于建筑节能材料的制备。     

二元复合溶液脱除烟气中CO2的过程模拟与评价

为探究吸收容量大、再生能力较强的吸收剂复合吸收燃烧烟气中CO₂的性能,采用N-甲基二乙醇胺-哌嗪（MDEA-PZ）、碳酸钾-哌嗪（K₂CO₃-PZ）以及氨水-哌嗪（NH₃-PZ）3种二元复合溶液,基于Rate-based模型对其进行脱碳性能过程模拟。以吸收剂的摩尔流量、温度以及摩尔分数配比（X∶PZ）3个因素进行单因素研究,并在此基础上采用正交试验的方法得出最佳工艺方案。结果表明,随着吸收剂的摩尔流量上升、温度下降以及吸收剂中PZ摩尔分数上升,CO₂吸收效率呈上升趋势。在最佳工艺方案中,K₂CO₃-PZ二元复合溶液最佳吸收温度为40℃,MDEA-PZ和NH₃-PZ两种二元复合溶液最佳吸收温度为30℃;3种二元复合溶液最佳摩尔流量为3.5×10⁵kmol/h,最佳摩尔分数配比为60%∶40%。在各自最佳工艺以及其他条件相同的情况下,吸收CO₂性能的优劣依次为MDEA-PZ、NH₃-PZ以及K₂CO₃-PZ。     

纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的制备及其热性能

针对芒硝相变材料因过冷度大、相分层严重导致相变潜热存储循环寿命缩短的问题,以Na₂SO₄·10H₂ONa₂CO₃·10H₂O-NaCl相变材料体系为基体、改进的Hummers法结合冷冻干燥和球磨工艺改性制备的亲水性纳米氧化石墨烯（Nano-GO）为添加剂,制得纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料（GO-MCPCMs）。结果表明：氧化处理过的纳米氧化石墨烯中O/C比例增加了65.75%,结构缺陷水平由0.224增至1.088,无团聚现象;纳米氧化石墨烯/芒硝基复合相变材料的结晶相变温度增至约23℃、过冷度减小至0℃、相分层消除,该复合相变体系中Na₂SO₄结晶体全部结晶为晶粒长度尺寸近于2 cm的Na₂SO₄·10H₂O;500次固-液循环前后含氧化石墨烯质量分数为0.075%的GO-MCPCMs结晶潜热值分别为156.7 J/g和149.9 J/g,...     

活化气氛对CO2加氢制取低碳烯烃Fe-K催化剂构-效关系

CO₂加氢直接制取低碳烯烃是实现其资源化利用的重要途径。通过热分解法制备了5种不同K含量（1%、3%、5%、7%、9%）的Fe-K催化剂用于CO₂加氢反应,结果表明Fe95-K5（95% Fe-5% K,质量分数）催化剂具有最优的活性及C₂～C₄烯烃选择性;随后对Fe95-K5催化剂进行了10% H₂/Ar、10% CO/Ar及5% CO/5% H₂/Ar 3种不同气氛活化处理以及CO₂加氢反应。结果发现,10% CO/Ar活化的催化剂具有最高的C₂～C₄烯烃选择性（38.1%）及链增长能力（α=0.644）。此外,还通过X射线衍射、Raman、程序升温等表征技术揭示了催化剂在不同活化气氛下的结构演变历程。研究发现,10% CO/Ar与5% CO/5% H₂/Ar活化的催化剂会生成γ₁型碳化铁结构,而10% H₂/Ar活化的催化剂则会在反应过程中生成γ₂型碳化铁结构,两种碳化铁结构对CO₂解离均有促进作用。     

新型六水氯化镁-六水硝酸镁/石墨相氮化碳复合相变材料的制备及其热性能研究

我国青海盐湖镁资源的利用率低,带来严重的资源浪费和环境污染,若将镁盐开发为相变储热材料,则可扩大其应用领域,从而促进镁盐资源的充分利用。针对中低温保温隔热的应用需求,在前期工作基础上,选用MgCl₂·6H₂O-Mg（NO₃）₂·6H₂O（MCH-MNH）质量比为41∶59的共晶盐作为相变材料,为降低其过冷度并提高隔热性能,选用多孔介质石墨相氮化碳（g-C₃N₄,CN）作为支撑材料,制备低热导率的MCH-MNH/CN复合相变材料。先将尿素在550℃高温下煅烧得到多孔的CN,再采用吸附法制备出MCH-MNH/CN复合相变材料,并对复合相变材料的形貌、结构与热性能进行了表征和测量。结果表明,共晶盐相变材料均匀地吸附在CN的微孔结构内,其与CN的复合是一个物理过程,没有发生化学反应;复合相变材料的相变温度为55.2℃,相变焓值为92.7 J/g,几乎没有过冷度,其热导率为0.3 W/（m·K）,仅是共晶盐MCH-MNH的一半,提高了隔热性能。此外,复合相变材料还具有良好的热稳定性,在中低温保温隔热领域具有应用前景。     

Research on high temperature thermal stability and safety of two types of composite inorganic phase change thermal storage materials

In this paper, nitrate (KNO₃, NaNO₃) and carbonate (Li₂CO₃, K₂CO₃, Na₂CO₃ and CaCO₃), which are composite inorganic phase change thermal storage materials suitable for industrial thermal storage, non-toxic and less corrosive, are used as phase change components, respectively. The thermal properties (melting point, latent heat) of 4 different ratios of nitrate phase change components and 6 different ratios of carbonate phase change components were studied, and a distribution ratio of molten salt phase change components was selected respectively. Using the principle of porous carrier adsorption, two types of composite molten salt thermal storage materials with the best ratio were prepared. The ease of decomposition of the thermal storage materials in different media atmospheres (Ar and air) was analyzed. TG-DSC-MS tested high temperature thermal decomposition products show that the composite nitrate thermal storage materials have stable physical and chemical properties and good safety when storing thermal at medium temperature (300℃), but they are easy to decompose NO and high temperature (500℃) or higher. NO₂ and air atmosphere are more likely to generate toxic gases, and composite carbonate thermal storage materials are more likely to generate CO in air than Ar, which affects the safety of the thermal storage process.     

添加纳米MgO和SiO2颗粒对二元碳酸盐(Li2CO3-K2CO3)比热容的影响

熔盐作为一种新型传热工质,由于其液体使用范围宽,比热容相对较高,蓄热能力强,已被广泛应用于聚热太阳能电站的储热传热介质,而通过增强熔盐的比热容可以显著提高其储热密度。将纳米SiO₂和MgO颗粒分别均匀分散到二元共晶碳酸盐（Li₂CO₃-K₂CO₃）中,制备出两种稳定的纳米流体,采用差式扫描量热法（DSC）分析纳米颗粒对熔盐比热容的影响。实验结果显示,添加20 nm的纳米颗粒对碳酸盐的比热容有显著影响：通过添加纳米MgO和SiO₂颗粒,纳米熔盐比热容相比基盐分别平均提高了27.5%～34.1%,11%～20.7%。经过多个固-液循环后,测得两种纳米流体的比热容变化率均低于4.31%,且具有良好的热稳定性。采用电子扫描显微镜表征纳米流体的微观结构,纳米流体在固态时的SEM图像显示在熔盐表面形成了特殊的纳米结构。     

添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO₂纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt （60% NaNO₃,40% KNO₃,均为质量分数）中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO₂颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%～15.89%、3.9%～33.5%、1.9%～11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。     

掺镁碳酸熔盐液体导热特性

为克服碳酸熔盐热导率较低的不足,提出通过向三元碳酸熔盐（Li₂CO₃-Na₂CO₃-K₂CO₃）掺杂金属镁粉来改善导热性能的新思路,采用静态熔融法制备了掺杂1%、2%掺镁碳酸熔盐复合材料。采用扫描电镜-X射线能谱、阿基米德法、差示扫描量热法（DIN比热测试标准）和激光闪光法,分别观察了掺镁碳酸熔盐形貌结构,测量了熔盐和复合熔盐液体的密度、比热容、热扩散系数,最后计算获得复合熔盐液体的热导率。研究结果表明,镁粉的加入改变了纯盐（三元碳酸熔盐）的形貌结构,熔体内形成大量的2~5 μm球体颗粒,与纯盐相比,1%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率都得到增强,液体比热容减小,复合熔盐液体的平均热导率增加了21.67%;2%掺镁碳酸熔盐液体密度、热扩散系数和热导率同样得到增强,虽然复合熔盐液体的比热容减小,但其平均热导率仍然增加了19.07%。1%掺镁碳酸熔盐具有更高的液体密度、热扩散系数和热导率,可作为传热介质在太阳能热发电传蓄热系统推广。     

强化三元混合熔盐的传热性能的实验研究

太阳能发电技术中传热性能的优劣影响着太阳能的利用程度。选用石墨作为强化相变材料传热性能的添加剂与三元混合熔盐（K₂CO₃-NaCl-Li₂CO₃）按照石墨质量分数为5%、10%、15%进行混合制备,使用TC3000通用型导热系数测试仪测定16种试样的导热系数。并测试经历300次循环储能、释能实验试样的导热系数循环稳定性。实验结果表明：添加石墨后的混合相变材料导热系数最高可提升至原混合材料的3.38倍,当石墨的质量分数为15%时,混合相变材料的导热系数最大。在经历300次储能、释能实验后,材料的导热系数基本保持稳定,变化浮动不高于15%。石墨作为强化材料的添加剂,可有效提升强化材料的传热性能,具有实际工程的应用价值。     

含钙三元氯化物体系相图计算与熔盐热稳定性

为寻求太阳能热利用高温传热储热材料,以盐湖资源为原料,提出分支/分区相图计算方法,设计NaCl-CaCl₂-KCl和KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐传热储热材料。基于正规溶液模型,以不同分支不同相互作用系数,计算了5个边界体系相图,实现用正规溶液模型计算含化合物体系复杂相图。含化合物KCl-CaCl₂和KCl-MgCl₂体系及3个不含化合物二元体系的计算相图与实验相图十分吻合。以分区域方法计算三元体系相图,预测出5个低共熔点来指导熔盐制备。采用差示扫描量热法测试并验证熔盐最低共熔点,确定其工作温度下限;以质量损失实验,确定其工作温度上限。结果表明,钠钾钙和钾镁钙氯化物熔盐能在550~850℃和480~700℃内稳定运行,可用作高温传热储热流体。     

LiNO3-NaNO3-KNO3三元熔盐材料的设计及热稳定性研究

采用共形离子溶液模型(conformalionic solution model, CIS) 在二元熔盐体系相图的基础上，对三元熔盐体系LiNO₃-NaNO₃-KNO₃进行了相图计算，得到该三元体系最低共熔点为117.7℃，相应的摩尔分数组成分别为x(LiNO₃) = 0.375，x(NaNO₃) = 0.075，x(KNO₃) = 0.550。按照热力学最低共熔点计算结果，采用熔融法制备了三元硝酸熔盐，通过DSC和TG实验测定其最低共熔点为118.3℃，这与计算得到的结果(117.7℃)基本一致。TG测试结果表明当温度低于587.2℃时，该三元熔盐体系较为稳定，其工作温度范围为118.3~587.2℃，该三元硝酸熔盐适合在太阳能热发电中作为高温传热蓄热材料使用。