复合相变材料的制备及热性能研究进展

相变材料能够解决能量供求在时间与空间上不匹配的矛盾,是提高能源利用率和余热回收的有效方式。复合相变材料因其稳定的化学性质和较高的储能密度,成为近年来新材料研究的热点。介绍了复合相变材料的主要制备方法:多孔基体吸附法、微/纳胶囊包覆法、溶胶-凝胶法、高分子复合共聚法和静电纺丝法,讨论了各种制备方法的优势及不足。着重分析了复合相变材料储热性能、热循环稳定性及导热性能的研究进展,为新型高性能复合相变材料的深入研究提供理论依据。     

聚乙烯亚胺/聚乙二醇复合定型相变材料的制备及其热性能研究

为了解决聚乙二醇(PEG)相变材料的熔融泄漏问题,以PEG为相变材料,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为交联剂,聚乙烯亚胺(PEI)为大分子“硬段”骨架,通过化学接枝法制备了PEI/PEG(PP)新型复合相变材料。结果表明,制备的复合相变材料具有良好的定型能力,可以防止PEG在升温熔融过程中的泄漏;最佳制备条件下得到的PP₇的熔融和结晶的相变温度分别为325.0K和306.4K;熔融焓与结晶焓分别为128.8J/g和121.0J/g;该材料具有优异的相变储热性能。此外,复合相变材料在经过100次升/降温热循环测试后,相变温度和相变焓的变化均较小,显示了优异的热循环稳定性。     

金属有机骨架化合物的二氧化碳吸附性能的研究进展

能源与环境是人类生存和发展的必要条件,两者协调发展是社会实现可持续发展的重要保证。近几年来,人类赖以生存的化石燃料所带来的负面影响逐渐受到社会的关注,而化石燃料燃烧所释放出的CO2是造成温室效应的主要原因。因此在低碳经济环境下开发出高效环保的碳捕获和封存技术,对能源循环利用及环境保护起到至关重要的作用。使用胺溶液进行洗涤及吸收CO2是工业上捕获和存储(CCS)最常用的技术之一(例如从电厂烟气中分离CO2),该法可以大幅减少CO2的排放量,但同时也会增大工厂的能源消耗(25%～40%),从而大幅增加额外成本。胺洗涤的其他缺点包括碱溶液对设备的腐蚀、溶剂的损失、大量产热引起的胺降解以及捕获之后不易被分离出来。另一种捕获CO2的方法是采用高温下吸收(化学吸附)的固体材料如碱金属陶瓷、固体胺、层状双氢氧化物或钙基吸附剂,但此类方法的能量消耗和对水分子及其他组分的敏感性限制了其应用范围。此外,采用聚合物或无机膜,在不同的机制下选择性分离混合气体也是一种可行的方法,但很难获得具有高稳定性、高选择性和高通量的薄膜,并且提高膜的吸附分离作用和选择性非常必要。对于固体吸附剂而言,高压下多孔材料对CO2的捕获是以吸附剂与被吸附物相互作用为主,而在低压或低CO2浓度下的选择性捕获主要受吸附剂与被吸附物相互作用以及吸附剂对CO2的化学亲和力两者共同影响。金属有机骨架化合物(MOFs)具有高结晶度、高比表面积和可调的孔隙结构,在气体吸附尤其是CO2捕获方面展示出巨大的潜力。相对于活性炭、沸石等固体吸附剂来说,MOFs具有更高的吸附选择性。将其应用于碳捕获和封存技术中,可以大幅拓宽CO2吸附剂的可选择范围,在提高吸附选择性的同时,也可以有效地降低成本。目前,有望采用MOFs材料捕获CO2的场合包括发电厂的碳捕集、天然气中CH4/CO2的分离、交通工具排放的CO2的收集甚至直接从空气中捕获。因此,研发能够高效吸附分离CO2的MOFs材料对于缓解环境压力意义重大。本文概括了CO2吸附模型的建立方法,提出了几种提高MOFs对CO2捕获量的策略。如提高开放金属位点的密度、掺杂金属或氮原子、调节孔径或进行氨基功能化以及合成MOFs复合材料等,并比较了不同方法对于改善低压条件下CO2吸附量的影响,有望将其应用于捕获燃烧后烟道气、汽车尾气以及其他小型排放源中的CO2。     

赤藓糖醇相变储热材料研究进展

赤藓糖醇具有较高的相变焓、无毒以及优异的热稳定性，作为综合性能较好的中温相变储能材料被广泛研究。但是，赤藓糖醇在相变过程中存在易泄漏、过冷度大以及导热性能较差的缺点，导致其热能的利用效率不高，极大地限制了其作为储热材料的应用。本文综述了近年来在解决赤藓糖醇相变储热材料易泄漏、过冷度高和热导率低等问题的研究进展。赤藓糖醇定型复合相变储热材料的制备方法主要有共混压制法、静电纺丝法、微胶囊法及多孔材料吸附法等，可根据不同制备方法采取相应复合策略以达到对其封装定型、降低过冷度和提高热导率的目的。最后认为未来对赤藓糖醇复合相变储热材料的研究除了解决其本身存在的热性能问题，还需对其进行功能化，以拓展其应用前景。     

纳米限域的十四醇相变材料的相变行为研究

选取十四醇为相变材料、具有不同孔径的硅胶为载体,采用物理浸渍法制得十四醇/硅胶复合相变材料。借助差示扫描量热仪对限域的十四醇的相变行为进行表征。结果表明,限域的十四醇具有良好的热循环稳定性。随硅胶孔径的减小,限域的十四醇与硅胶孔壁的相互作用加强、其相变温度向低温方向移动。研究结果还表明通过纳米限域可对相变材料的相变温度进行调控;可实现将固-液相变材料制成定型相变材料,从而抑制相变材料的流失。     

聚乙二醇基复合相变材料的制备与热性能研究

利用聚乙二醇(PEG)为相变材料、以羟丙基甲基纤维素为分子骨架,采用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯作为交联剂,用化学接枝法成功合成了一种新型复合相变材料。采用红外光谱、差示扫描量热仪、热重仪、扫描电镜和X射线衍射仪对该复合相变材料的化学结构、相变性能、热稳定性、微观形貌和晶体结构等性能进行了表征。结果表明:该复合相变材料的相变过程表现为固-固相变的性质,其相变温度在309~323.2K范围内,相变焓值在89.8~106.8J/g之间。可见,通过化学接枝法得到的复合相变材料具有较好的相变行为,且克服了聚乙二醇在相变过程中的泄露问题。