二元混合硝酸盐相图的预测及热物性实验研究

采用实验法对2个二元系NaNO_3-Ca(NO_3)_2、KNO_3-Ca(NO_3)_2系的相图进行预测,得到2个二元系混合硝酸盐的共晶点。并对该共晶点组成材料进行DSC测试、TG测试和成本分析,研究结果表明作为高温蓄热传热材料KNO_3-Ca(NO_3)_2共晶点熔盐比NaNO_3-Ca(NO_3)_2共晶点熔盐更具有显著优势,有可能作为高温热载体应用于太阳能热电厂及核电发电厂。     

三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的制备及热物性研究

为提高硝酸盐相变材料导热性能和研究三元硝酸盐的共晶特性,采用饱和溶液法配制了不同质量配比的KNO_3、LiNO_3和Ca(NO_3)_2·4H_2O样品,测试了其熔点和相变潜热,并采用直接浸泡法制备了KNO_3-LiNO_3-Ca(NO_3)_2/陶瓷基相变材料,测试其相变温度、相变潜热及导热系数等热物性参数。实验筛选出相变温度较高,潜热较大的三元硝酸盐KNO_3-LiNO_3-Ca(NO_3)_2·4H_2O为60∶30∶10配比,其相变温度为116.8℃,相变潜热为46.7 J/g。实验结果表明:所测三元硝酸盐/陶瓷基相变材料和三元硝酸盐的相变温度基本一致,单位相变潜热是三元硝酸盐试样的35.43%;三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的导热系数在常温下相较三元硝酸盐提高了9.27倍,且随温度的升高呈下降趋势;三元硝酸盐/陶瓷基相变材料的分解温度为620℃,较纯三元硝酸盐提高了20℃,增强了其高温稳定性。     

低熔点多元混合熔盐的制备及其性能研究

为了获得聚光型太阳能热发电用的更低熔点熔融盐储热传热材料,采用材料掺杂改性方法,在Li NO3-KNO3-Ca(NO3)2三元低熔点共晶混合盐中加入Na Cl,制备了Li NO3-KNO3-Ca(NO3)2-Na Cl新混合熔盐。对新混合熔盐分别进行了DSC熔点测定、TG动态热稳定测定、48 h静态热稳定测试和熔盐液态密度测定。DSC实验结果表明,新混合熔盐的熔点为109.3℃,比原三元混合熔盐的熔点(117.2℃)降低了7.9℃,对应的相变潜热为48.6 J/g;TG动态热稳定和静态热稳定实验表明,新混合熔盐的热稳定温度为500℃,比原三元混合熔盐的热稳定温度(450℃)高50℃;液态密度实验发现,该混合熔盐在180~500℃时的液态密度为1.7~1.9g/cm3。     

新型相同钠离子混合熔盐相图预测及物性测量

为了提高第三代聚光式太阳能热发电技术的效率,降低系统的运行成本,需要开发出具有更高使用温度的新型高温储热/蓄热材料.本文基于相同阳离子的原则,选取3种相同钠离子熔盐NaNO3、NaCl、Na2CO3作为基盐,借助相图原理指导混合熔盐的配制,通过FactSage软件对NaNO3-NaCl-Na2CO3三元体系进行相图热力学计算,利用差示扫描量热仪对预测最低共熔点附近多组共晶盐进行热物性分析.结果发现,当三元体系熔盐NaNO3:NaCl:Na2CO3物质的量比例为0.92:0.064:0.016时熔点最低,测得最低共熔点为279.9℃,相变潜热值为194.1 J/g,与相图预测结果(291℃)基本一致,验证了相图计算的准确性.对该体系其他热物性进行测量,得到其分解温度为595℃(质量损失率为3％),比热容为1.60 J/(g·K)(500℃),平均比热容为1.62 J/(g·K),相比于Solar Salt和Hitec平均比热容分别增加了0.12 J/(g·K)和0.28 J/(g·K).该新型三元体系熔盐具有潜热、比热容大和使用温度范围较宽的优点,在制备复合材料潜热储热方面有很大潜力,为开发新型太阳能热发电储热/蓄热材料提供了借鉴,也为借助相图理论指导混合熔盐的开发提供了参考.     

NaNO_3、KNO_3和NaNO_2熔盐的Raman光谱测定与计算

采用Raman光谱法,结合量子化学计算,进行不同温度下NaNO_3、KNO_3和NaNO_2熔盐的结构研究,发现这3种物质Raman特征峰的半高宽随温度的增高而增大;得到3种熔体中N-O离子团的v_1特征峰Raman频移随N-O键长的变化关系方程;同时研究还发现,NaNO_3和KNO_3熔化后,NO_3~-的v_1特征峰红移,而NaNO_2熔化后,NO_2~-的v_1特征峰蓝移,且随着温度的升高,熔融态的3种物质中N-O离子团的N-O键长增加。研究结果有助于进一步开展二元和三元混合熔盐的结构变化研究。     

石墨泡沫/共晶盐复合相变材料制备

选择KNO3/NaNO3二元体系按照质量比4∶6制备共晶盐,对共晶盐进行了熔点及熔化潜热的测量;将石墨泡沫这一新型材料作为强化基体,共晶盐作为相变材料（PCM）,采用熔融浸渗法制备了适用于太阳能热发电系统储能装置的石墨泡沫/共晶盐复合相变材料。采用扫描电镜对复合相变材料表面的微观结构进行了表征,并对其熔点、潜热、等效导热系数等热物性参数进行了测试。结果表明：共晶盐与石墨泡沫复合效果比较理想;复合前后共晶盐的熔点和潜热几乎没有发生变化;复合相变材料的等效导热系数得到了显著提升,石墨泡沫对相变材料起到了导热强化作用,满足高温蓄热的要求。     

Preparation and thermal stability of ternary sulfate molten salt

以硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁为原料,采用在硫酸钠-硫酸钾二元共晶盐中加入硫酸镁的方法制备三元硫酸熔盐。应用TG-DSC联用分析仪、热常数分析仪、X射线衍射仪以及热循环法对复合熔盐的熔点、相变潜热、热导率、比热容、分解点以及热稳定性进行表征。结果表明：所制备的三元硫酸熔盐熔点分布在667.5～669.7 ℃之间,较二元熔盐熔点降低了160 ℃左右,硫酸镁含量为30%（质量分数）的三元硫酸熔盐相变潜热值最大为94.3 J/g,比热容最大为1.13 J/(g·K)（720℃≤T≤800℃）,导热系数为0.41 W/(m·K),分解温度为1070 ℃,经50次热循环后,相变潜热值降低约4.34%,熔点和物相保持基本恒定,具有良好的热稳定性。该研究为硫酸盐作为高温传热蓄热介质提供了依据。     

热再生氨化学电池的实验研究及热力学分析

热再生化学电池是一种利用低品位热能的新型途径,其中,热再生氨化学电池(TRAB)具有能量密度高的优势。为了提高电池容量,本文对电解液含0.1~3.5 mol/L Cu(NO_3)_2的TRAB进行了实验与理论研究。在常压、293.15~323.15 K温度范围内,实验测得TRAB阳极对Cu(NH_3)_4~(2+)/Cu的温度系数为-0.879 mV/K,与理论计算值相差6.14%。进而对一个TRAB基本循环进行热力学分析,研究TRAB工作温度和再生温度的影响。当TRAB工作温度从293.15 K升至323.15 K时,放电效率从50.77%提高至54.91%;当再生温度为373.09 K、环境温度为303.15 K时,发电效率为0.49%,相应的循环热力学完善度为5.51%。     

Preparation and thermal property of a tetradecane-octanoic acid eutectic phase change material

采用低共熔法研制了一种相变温度在0~3℃的二元有机相变蓄冷材料,该材料由十四烷和正辛酸按一定比例混合组成。首先通过理论计算预测二元最低共熔混合物的比例,确定其理论最低共熔点温度以及潜热值,然后围绕共晶点配制了5种不同比例的混合物。通过差示热量扫描仪、步冷曲线、Hot disk热常数分析仪测量其热物性,并利用高低温交变箱进行循环稳定性实验。当十四烷和正辛酸的摩尔质量比为51：49时,有最低共熔点温度为1.0℃,相变潜热为191.8 J/g,热导率为0.379 W/（m·K）。对其进行100次充放冷实验,循环后相变温度为0.9℃,相变潜热为191.5 J/g,相变蓄冷时间缩短了24.3%,热稳定性良好。实验结果表明,十四烷-正辛酸有机复合相变材料在低温储能中有可观的应用价值。     

相变蓄热式集热器蓄放热数值与实验分析

对一种相变蓄热式太阳集热器的蓄放热过程进行CFD软件数值模拟和实验测试。该集热器由全玻璃真空集热管、相变蓄热单元和U型换热器组成。选用相变温度在330~400 K的3种适合于太阳集热器的复合相变材料石蜡、Ba(OH)_2·8H_2O和赤藻糖醇,在蓄热式集热器中进行蓄放热性能测试。研究表明,填充Ba(OH)_2·8H_2O的蓄热式集热器在总蓄热量、材料内部温度均匀性等蓄放热方面性能优越。实验结果对蓄热式集热器的设计具有参考价值。     

复合相变材料调控机理与强化换热的实验研究

为获取相变温度、潜热和导热性都比较合适的相变材料,本文使用高熔点的固态石蜡(熔点为70℃)和低熔点的液态石蜡(熔点为5℃)按照不同比例进行配比实验,来获得不同相变范围的相变材料,以适应实际应用的要求。制备了五种复合相变材料样品,使用差式扫描量热仪(DSC)测试其参数。并选用孔隙率均为95%,孔隙密度(pores per inch, ppi)分别为15,30和50 ppi的三种泡沫铜,采用熔融浸渍法将石蜡填充其中制备复合相变材料,进而探究泡沫铜对石蜡强化换热的效果。实验结果显示比例为A1(20%5℃+80%70℃)、A2(35%5℃+60%70℃)和A5(80%5℃+20%35℃)时只有一个熔化峰,其起始点分别为56.6℃,53.2℃和3.7℃,表明通过物理方法将两种石蜡混合可以调控复合相变材料的熔点与潜热。热导率测试结果表明当孔隙率为95%孔隙密度分别为15,30和50 ppi时泡沫铜可以提高石蜡导热率3-7倍。     

Li2CO3-Na2CO3-K2CO3相图的理论预测

熔盐是一种重要的聚光太阳能系统传热流体,多元熔盐混合是满足实际需求的有效方法,而熔盐混合物的相图是其筛选的主要因素之一.该文基于热力学原理及吉布斯自由能对Li2CO3-Na2CO3-K2CO3的相图进行预测与计算,结果显示:该熔盐混合物的共晶点为421.2℃,Li2CO3、Na2CO3和K2CO3的质量分数分别为25....     

膨胀石墨/多壁碳纳米管基共晶盐复合相变材料的制备及热特性北大核心CSCD

单一水合盐作为相变蓄热材料使用时常常由于过冷、相分离、易泄漏以及其相变温度而受到限制,因此迫切需要制备出一种储热密度高、相变温度适宜、热导率大的复合相变材料。本工作采用熔融共混法在NH_(4)Al(SO_(4))_(2)·12H_(2)O(AASD)中掺入不同质量分数的MgSO_(4)·7H_(2)O(MSH),成功制备了AASD-MSH共晶盐相变材料,其质量比为55∶45,相变温度为76.4℃,相变潜热为189.4 J/g。共晶盐的X射线衍射图谱和傅里叶红外光谱表明其为物理混合。引入质量分数1%成核剂CaCl_(2)·2H_(2)O及1%增稠剂可溶性淀粉降低共晶盐过冷度,过冷度从34.9℃降低至28.0℃。引入改性膨胀石墨(MEG)与多壁碳纳米管(MWCNTs)制备复合相变材料,改善共晶盐易泄漏及热导率低等问题,当MWCNTs质量分数为0.5%时,复合相变材料的热导率高达8.185 W/(m·K),为共晶盐的19.98倍,其中共晶盐占比为75.6%,相变温度为74.3℃,相变焓值为133.5 J/g,过冷度进一步降低至22.2℃。热重实验表明与MEG-MWCNTs的复合增加了共晶盐的热稳定性,且经过100次冷热循环后复合相变材料的相变焓值基本不变,具有良好的循环稳定性。本工作制备得到的AASD-MSH/MEG-MWCNTs复合相变材料是一种相变温度适合、相变焓值较高、热导率较大的相变材料,且具有良好的热循环稳定性,应用潜力极大。     

LNK碳酸熔盐热物性能研究

简述了碳酸熔盐在热化学催化反应、清洁燃烧、燃料电池、太阳能制氢中的应用研究,指出碳酸熔盐能够满足太阳能高温传热蓄热的要求。采用热分析技术TG-DSC、重量法、阿基米德法、回转振荡法等对(Li-Na-K)_2CO_3熔盐(LNK碳酸熔盐)的熔点、比热、相变潜热、密度、黏度和热稳定性等性质进行了表征。实验结果表明:LNK碳酸熔盐具有熔点低(404.89℃)、比热容(500℃,2.70kJ/(kg·K))和相变潜热(159.7kJ/kg)高、密度大(2g/cm~3)、黏度小(4C_p)以及在800℃下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。     

气化条件下混煤灰熔融特性及矿物质演变规律

通过实验研究了高温气化条件下混煤灰的熔融特性及矿物质演变规律.结果表明,气化条件下混煤灰熔融温度的变化规律并不与配煤比例成线性关系,而与相应三元相图的液相线温度具有良好的相似性;随着低灰熔点煤灰的加入,混煤灰在三元相图上的位置逐渐由莫来石结晶区向钙长石结晶区移动,并在二元共晶线或三元共晶点附近熔融温度的变化最为显著,且低于周围位置的熔融温度;由于低灰熔点煤灰中含有较多的硬石膏、辉石、长石等矿物,高温气化条件下能分解成CaO、FeO等助熔矿物,这些助熔矿物能够与高灰熔点煤灰中的莫来石、石英等发生反应生成钙长石、铁橄榄石等低熔融矿物,从而降低了高灰熔点煤灰的熔融温度.     

辛酸/月桂酸作为相变蓄冷材料的热性能研究

利用差示扫描量热法和低温显微技术研究辛酸、月桂酸及其二元系统的热性能,建立辛酸/月桂酸二元系统相图。实验结果表明:辛酸/月桂酸二元系统的相图较复杂,辛酸质量分数较低时发生转熔,转熔温度约为14℃,转熔点相应的辛酸质量分数为60%;辛酸质量分数较高时发生共晶,共晶熔融温度为7.44℃,相变潜热为136.43J/g,共晶点相应的辛酸质量分数为80%,该共晶熔融温度适合于空调蓄冷。辛酸/月桂酸共晶混合物经过60次、120次冻熔循环后,其共晶熔融温度、熔融热、比热未发生明显变化,具有较好的热稳定性,可用作相变蓄冷材料。     

生物质灰熔融电容测试实验研究

提出一种利用电容测量生物质灰渣熔融状态的方法,以低熔点的玉米芯灰为样品进行测试,并与X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)结果进行比较。实验结果表明:玉米芯灰样在600~1000℃加热过程中质量的减少主要由灰分中KCl随加热过程挥发所致,并影响灰熔融温度预测结果;灰样烧结温度为800~900℃,电容测试结果为825℃,TG-DSC测试结果为875℃,灰熔点仪测试结果为990℃。电容测量结果与灰样熔融结渣情况一致,电容变化可准确反映灰样相变情况。与常规灰熔点测试和热重分析相比,该方法可实现实时监控测量,并减小测试过程中碱金属元素受热挥发造成的误差。     

石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变材料的制备及热性能

以BaCO_3、CaCl_2、NaCl为成核剂,进行Ba(OH)_2·8H_2O的成核剂筛选实验。采用超声波震荡法,制备不同质量分数的石墨/Ba(OH)_2·8H_2O复合相变蓄热材料体系。对该复合相变蓄热材料体系进行步冷曲线、DSC、导热系数测试和红外成像表征,结果表明:添加1%~2%的BaCO_3不仅可使Ba(OH)_2·8H_2O的过冷度小于1℃,并可延长相变潜热放热时间;石墨粉可有效提高Ba(OH)_2·8H_2O的导热系数和相变稳定性,但添加量应小于0.3%,过量会导致相变潜热值下降和石墨粉在基体材料中的团聚。     

Zr掺杂Bi_2O_3的共沉淀法制备及光催化性能评价

以Bi(NO_3)_3·5H_2O、ZrO(NO_3)2·2H_2O为原料,NH_3·H_2O为沉淀剂,采用反相滴定化学共沉淀工艺制备Zr掺杂Bi_2O_3基光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-VIS)等分析方法对样品进行表征,并以甲基橙溶液模拟有机染料废水在可见光下评价其光催化降解能力。实验结果表明:与未掺杂Bi_2O_3纯相比,Zr掺杂Bi_2O_3仍为β-Bi_2O_3相组成,晶粒尺寸减小,颗粒大小约20nm。共沉淀合成使Zr组分均匀进入Bi_2O_3晶格形成固溶体。随Zr掺杂量增加,晶格畸变使样品紫外-可见吸收峰红移,带隙能减小,光催化性能增强,其中以Zr与Bi物质的量之比为20∶80的样品光催化性能最好。该样品在可见光下照射1h对甲基橙降解率达96%,降解速率为16.74mg/(h·g),是商品P25型纳米TiO_2的41倍。Zr掺杂Bi_2O_3对甲基橙的降解以光生空穴直接氧化为主,光生电子与氧反应生成·OH的氧化为必要的补充。     

ABX3型太阳电池材料结构掺杂与优化的DFT研究

采用第一性原理的方法优化设计ABX3钙钛矿晶体材料,对A位(A=CH_3NH_3~+、CH(NH_2)_2~+、(CH_3)_2NH_2~+、(CH_3)_3NH~+、(CH_3)_4N~+))、B位(B=Pb~(2+)、Sn~(2+))、X位(X=Cl~-、Br~-、I~-)位进行不同比例的掺杂或替换,系统探讨各位置取代对晶体结构稳定性和禁带宽度的影响,在此基础上进行材料筛选,寻找性能更优的ABX3型替换材料。