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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010791199.X (22)申请日 2020.08.07 (71)申请人 武汉博茗低碳产业股份有限公司 地址 430070 湖北省武汉市东湖新技术开 发区光谷大道58号关南福星医药园3 栋8层04号 (72)发明人 程晓敏季维胡晓利吴祖国 (74)专利代理机构 北京汇信合知识产权代理有 限公司 11335 代理人 王艳波 (51)Int.Cl. C09K 5/06(2006.01) (54)发明名称 一种有机无机纳米复合相变储热材料及其 制备方法 (57)摘要 本发明公。
2、开了一种有机无机纳米复合相变 储热材料及其制备方法， 以十八醇作为相变材 料， 以氧化铝和膨胀石墨作为导热增强相和支撑 材料制备十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳 米复合相变储热材料， 以碳化硅和膨胀石墨作为 导热增强相和支撑材料制备十八醇/碳化硅/膨 胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料。 制备得 到的十八醇/氧化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化 硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相变储热材 料热导率至少是纯十八醇的4倍， 可有效满足多 种低温储热领域的使用要求。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 111849425 A 2020.10.30 CN 111849425 A 1.一种有机无机纳。
3、米复合相变储热材料制备方法， 其特征在于： 以十八醇作为相变材 料， 以氧化铝和膨胀石墨作为导热增强相和支撑材料制备十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无 机纳米复合相变储热材料， 以碳化硅和膨胀石墨作为导热增强相和支撑材料制备十八醇/ 碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料； 所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具体制备方法为： ST1： 采用三仲丁醇铝作为前驱体， 硝酸作为胶溶剂， 通过第一次水浴加热搅拌制备半 透明氧化铝水溶胶； ST2： 将膨胀石墨加入氧化铝水溶胶中混合均匀， 90真空干燥2小时； ST3： 通过熔融共混法制备氧化铝/膨胀石墨复合材料； ST4： 将。
4、液态十八醇吸附并封装于氧化铝/膨胀石墨复合材料中， 进行第二次水浴加热 搅拌； ST5： 通过真空吸附法制备得到十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热 材料； 所述十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具体制备方法为： ST11： 将碳化硅置于溶解剂和分散剂中通过超声波作用分散均匀； ST22： 将膨胀石墨加入碳化硅溶液中搅拌均匀， 通过熔融共混法去除溶解剂和分散剂 得到碳化硅/膨胀石墨复合材料； ST33： 将碳化硅/膨胀石墨复合材料加入液态十八醇中， 进行第一次水浴加热搅拌； ST44： 通过真空吸附法制备得到十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热 材料。
5、。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 在ST1中， 硝酸是由浓度为60的硝酸 加入去离子水稀释而成， 稀释之后硝酸浓度为5， 三仲丁醇铝作为前驱体与硝酸混合后， 三仲丁醇铝与去离子水的摩尔比为1:60， 制备得到的氧化铝水溶胶的PH值为2-3。 3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 在ST3中， 熔融共混法的具体操作方式 为在300电阻炉中煅烧1小时； 在ST22中， 熔融共混法的具体操作方式为在200电阻炉中 煅烧1小时。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 在ST5和ST44中， 真空吸附法的具体操 作方式为在90环境下真空吸附5小时。 5.根据权。
6、利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 在ST11中， 溶解剂采用无水乙醇， 分散 剂采用羟乙基纤维素， 超声波分散的具体操作方式为在25的温度环境下将碳化硅溶液置 于30kHz的频率下分散30min。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 在ST1中， 第一次水浴加热搅拌的具体 操作方式为90水浴加热搅拌4小时， ST4中第二次水浴加热搅拌和ST33中第一次水浴加热 搅拌的具体操作方式均为90水浴加热搅拌40分钟。 7.一种有机无机纳米复合相变储热材料， 包括通过权利要求1-6任一项所述的制备方 法制得的十八醇/氧化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相 变。
7、储热材料。 8.根据权利要求7所示的有机无机纳米复合相变储热材料， 其特征在于： 在十八醇/氧 化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料中， 当氧化铝/膨胀石墨复合材料的质量分 权利要求书 1/2 页 2 CN 111849425 A 2 数为10wt时， 十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的热导率能够达 到1.876Wm-1K-1， 热扩散系数能够达到1.17m2s-1。 9.根据权利要求7所述的有机无机纳米复合相变储热材料， 其特征在于： 在十八醇/碳 化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料中， 当碳化硅/膨胀石墨复合材料的质量分 数分别为9wt时， 所述十八醇/碳。
8、化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的热导 率能够达到1.674Wm-1K-1， 至少是纯十八醇的热导率的4倍。 10.根据权利要求7所述的有机无机纳米复合相变储热材料， 其特征在于： 所述十八醇/ 氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料具有5658的相变温度及176223J/ g的相变潜热； 所述十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料具有5661 的相变温度及175217J/g的相变潜热。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111849425 A 3 一种有机无机纳米复合相变储热材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及相变储热材料技术领域， 尤其是一种有机无。
9、机纳米复合相变储热材料 及其制备方法。 背景技术 0002 由于工业生产中不可避免造成大量的余热导致能源浪费， 以及太阳辐射持续提供 大量热能却得不到有效利用， 所以热能存储(TES)引起了极大关注并且正在快速发展， 它在 供需时能够存储和释放大量热能， 以减少化石燃料的消耗和克服能源危机与环境污染问 题。 0003 对热能储存系统的关键要求是高能量存储密度、 存储材料的快速充放热、 热循环 稳定性、 足够的机械强度、 优良的化学稳定性和对存储容器的低腐蚀性。 其中， 重要的设计 标准包括其工作温度， 峰值负载， 占空比， 以及易于控制性和更广泛的系统集成性。 目前一 些价格最经济实惠、 应用。
10、最广的储热产品主要问题还是导热系数低， 从而限制了能量的快 速储存和提取。 相变材料(PCM)可以通过相或结构的变化吸收或释放环境中的热量， 从而实 现热能的存储和释放。 随着对热能储存应用研究的持续创新推进， 相变材料已在工业废热 的回收， 建筑物中的舒适性应用， 削峰填谷技术， 太阳能系统等方面得到广泛的应用。 发明内容 0004 本发明针对十八醇有机相变材料热导率较低， 在发生固液相变时易泄漏的问题， 提出了一种有机无机纳米复合相变储热材料及其制备方法， 以十八醇作为相变材料， 以氧 化铝和膨胀石墨作为导热增强相和支撑材料制备十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米 复合相变储热材料， 以碳。
11、化硅和膨胀石墨作为导热增强相和支撑材料制备十八醇/碳化硅/ 膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料， 这两种有机无机纳米复合相变储热材料具有高 导热率高储能密度等特点。 0005 一种有机无机纳米复合相变储热材料制备方法， 以十八醇作为相变材料， 分别以 氧化铝、 膨胀石墨和碳化硅、 膨胀石墨作为导热增强相和支撑材料， 制备十八醇/氧化铝/膨 胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相变储热材料； 0006 所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具体制备方法 为： 0007 ST1： 采用三仲丁醇铝作为前驱体， 硝酸作为胶溶剂， 通过第一次水浴加热搅拌制 备半透明。
12、氧化铝水溶胶； 0008 ST2： 将膨胀石墨加入氧化铝水溶胶中混合均匀， 90真空干燥2小时； 0009 ST3： 通过熔融共混法制备氧化铝/膨胀石墨复合材料； 0010 ST4： 将液态十八醇吸附并封装于氧化铝/膨胀石墨复合材料中， 进行第二次水浴 加热搅拌； 0011 ST5： 通过真空吸附法制备得到十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变 说明书 1/5 页 4 CN 111849425 A 4 储热材料； 0012 所述十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具体制备方法 为： 0013 ST11： 将碳化硅置于溶解剂和分散剂中通过超声波作用分散均匀； 0014 S。
13、T22： 将膨胀石墨加入碳化硅溶液中搅拌均匀， 通过熔融共混法去除溶解剂和分 散剂得到碳化硅/膨胀石墨复合材料； 0015 ST33： 将碳化硅/膨胀石墨复合材料加入液态十八醇中， 进行第一次水浴加热搅 拌； 0016 ST44： 通过真空吸附法制备得到十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变 储热材料。 0017 作为上述技术方案的优选， 在ST1中， 硝酸是由浓度为60的硝酸加入去离子水稀 释而成， 稀释之后硝酸浓度为5， 三仲丁醇铝作为前驱体与硝酸混合后， 三仲丁醇铝与去 离子水的摩尔比为1:60， 制备得到的氧化铝水溶胶的PH值为2-3。 0018 作为上述技术方案的优选， 在ST。
14、3中， 熔融共混法的具体操作方式为在300电阻 炉中煅烧1小时； 在ST22中， 熔融共混法的具体操作方式为在200电阻炉中煅烧1小时。 0019 作为上述技术方案的优选， 在ST5和ST44中， 真空吸附法的具体操作方式为在90 环境下真空吸附5小时。 0020 作为上述技术方案的优选， 在ST11中， 溶解剂采用无水乙醇， 分散剂采用羟乙基纤 维素， 超声波分散的具体操作方式为在25的温度环境下将碳化硅溶液置于30kHz的频率 下分散30min。 0021 作为上述技术方案的优选， 在ST1中， 第一次水浴加热搅拌的具体操作方式为90 水浴加热搅拌4小时， ST4中第二次水浴加热搅拌和ST。
15、33中第一次水浴加热搅拌的具体操作 方式均为90水浴加热搅拌40分钟。 0022 一种有机无机纳米复合相变储热材料， 包括通过上述制备方法制得的十八醇/氧 化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相变储热材料。 0023 作为上述技术方案的优选， 在十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储 热材料中， 当氧化铝/膨胀石墨复合材料的质量分数为10wt时， 十八醇/氧化铝/膨胀石墨 有机无机纳米复合相变储热材料的热导率能够达到1.876Wm-1K-1， 热扩散系数能够达 到1.17m2s-1。 0024 作为上述技术方案的优选， 在十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合。
16、相变储 热材料中， 当碳化硅/膨胀石墨复合材料的质量分数分别为9wt时， 所述十八醇/碳化硅/ 膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的热导率能够达到1.674Wm-1K-1， 至少是纯 十八醇的热导率的4倍。 0025 作为上述技术方案的优选， 所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变 储热材料具有5658的相变温度及176223J/g的相变潜热； 所述十八醇/碳化硅/膨胀 石墨有机无机纳米复合相变储热材料具有5661的相变温度及175217J/g的相变潜 热。 0026 与现有的复合相变储热材料及其制备方法来比， 本发明的高热导率的十八醇/氧 化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨。
17、两种有机无机纳米复合相变储热材料具有如下 说明书 2/5 页 5 CN 111849425 A 5 的优点： 0027 (1)本发明所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨两种纳米复 合相变储热材料具有高的导热率， 十八醇复合质量分数分别为9wt的碳化硅、 膨胀石墨或 者复合质量分数分别为10wt的氧化铝、 膨胀石墨时， 制备得到的十八醇/碳化硅/膨胀石 墨或者十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料热导率至少是纯十八醇 的4倍。 0028 (2)高导热增强相氧化铝、 膨胀石墨或者碳化硅、 膨胀石墨的加入对十八醇基体的 相变温度影响不大， 复合相变材料的相变温度均在5。
18、6左右。 分别引入5wt的氧化铝/膨 胀石墨和碳化硅/膨胀石墨后， 复合储热材料相变焓仍高于200J/g， 可继续满足太阳能低温 储能领域的应用。 附图说明 0029 图1为十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料制备流程图。 0030 图2为十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料制备流程图。 0031 图3为氧化铝(a)、 膨胀石墨(b)、 氧化铝/膨胀石墨复合材料(c、 d、 e)及十八醇/氧 化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料(f)的SEM图。 0032 图4为碳化硅(a)、 碳化硅/膨胀石墨复合材料(b、 c、 d)、 十八醇/碳化硅/膨胀石墨 有机无。
19、机纳米复合相变储热材料(e、 f)的SEM图。 0033 图5为十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的热导率和热扩 散系数矩形图。 0034 图6为纯碳化硅(a)和十八醇/碳化硅/膨胀石墨(b)有机无机纳米复合相变储热材 料的热导率矩形图。 具体实施方式 0035 下面结合附图详细描述本实施例。 0036 一种有机无机纳米复合相变储热材料制备方法， 以十八醇(OD)作为相变材料， 以 氧化铝(Al2O3)和膨胀石墨(EG)作为导热增强相和支撑材料制备十八醇/氧化铝/膨胀石墨 有机无机纳米复合相变储热材料， 以碳化硅(SiC)和膨胀石墨(EG)作为导热增强相和支撑 材料制备十八醇。
20、/碳化硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相变储热材料； 0037 如图1所示， 所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具 体制备方法为： 0038 ST1： 采用三仲丁醇铝作为前驱体， 硝酸作为胶溶剂， 通过第一次水浴加热搅拌制 备半透明氧化铝水溶胶； 0039 ST2： 将膨胀石墨加入氧化铝水溶胶中混合均匀， 90真空干燥2小时； 0040 ST3： 通过熔融共混法制备氧化铝/膨胀石墨复合材料； 0041 ST4： 将液态十八醇吸附并封装于氧化铝/膨胀石墨复合材料中， 进行第二次水浴 加热搅拌； 0042 ST5： 通过真空吸附法制备得到十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米。
21、复合相变 储热材料； 说明书 3/5 页 6 CN 111849425 A 6 0043 如图2所示， 所述十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的具 体制备方法为： 0044 ST11： 将碳化硅置于溶解剂和分散剂中通过超声波作用分散均匀； 0045 ST22： 将膨胀石墨加入碳化硅溶液中搅拌均匀， 通过熔融共混法去除溶解剂和分 散剂得到碳化硅/膨胀石墨复合材料； 0046 ST33： 将碳化硅/膨胀石墨复合材料加入液态十八醇中， 进行第一次水浴加热搅 拌； 0047 ST44： 通过真空吸附法制备得到十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变 储热材料。 0048 在本实施。
22、例中， 在ST1中， 硝酸是由浓度为60的硝酸加入去离子水稀释而成， 稀 释之后硝酸浓度为5， 三仲丁醇铝作为前驱体与硝酸混合后， 三仲丁醇铝与去离子水的摩 尔比为1:60， 制备得到的氧化铝水溶胶的PH值为2-3。 0049 在本实施例中， 在ST3中， 熔融共混法的具体操作方式为在300电阻炉中煅烧1小 时； 在ST22中， 熔融共混法的具体操作方式为在200电阻炉中煅烧1小时。 0050 在本实施例中， 在ST5和ST44中， 真空吸附法的具体操作方式为在90环境下真空 吸附5小时。 0051 在本实施例中， 在ST11中， 溶解剂采用无水乙醇， 分散剂采用羟乙基纤维素， 超声 波分散的。
23、具体操作方式为在25的温度环境下将碳化硅溶液置于30kHz的频率下分散 30min。 0052 在本实施例中， 在ST1中， 第一次水浴加热搅拌的具体操作方式为90水浴加热搅 拌4小时， ST4中第二次水浴加热搅拌和ST33中第一次水浴加热搅拌的具体操作方式均为90 水浴加热搅拌40分钟。 0053 一种有机无机纳米复合相变储热材料， 包括通过上述制备方法制得的十八醇/氧 化铝/膨胀石墨和十八醇/碳化硅/膨胀石墨两种有机无机纳米复合相变储热材料， 如图3、 图4所示， 其中图3中(c、 d、 e)为不同放大倍数下的碳化硅/膨胀石墨复合材料的SEM图， 图4 中(b、 c、 d)为不同放大倍数下。
24、的碳化硅/膨胀石墨复合材料的SEM图， (e、 f)为不同放大倍数 下的十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的SEM图。 0054 如图5所示， 在本实施例中， 在十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储 热材料中， 当氧化铝/膨胀石墨复合材料的质量分数为10wt时， 十八醇/氧化铝/膨胀石墨 有机无机纳米复合相变储热材料的热导率能够达到1.876Wm-1K-1， 热扩散系数能够达 到1.17m2s-1。 0055 如图6所示， 在本实施例中， 在十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储 热材料中， 当碳化硅/膨胀石墨复合材料的质量分数分别为9wt时， 所述十八醇/。
25、碳化硅/ 膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料的热导率能够达到1.674Wm-1K-1， 至少是纯 十八醇的热导率的4倍。 0056 在本实施例中， 所述十八醇/氧化铝/膨胀石墨有机无机纳米复合相变储热材料具 有5658的相变温度及176223J/g的相变潜热； 所述十八醇/碳化硅/膨胀石墨有机无 机纳米复合相变储热材料具有5661的相变温度及175217J/g的相变潜热。 0057 以上仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人 说明书 4/5 页 7 CN 111849425 A 7 员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 8 CN 111849425 A 8 图1 图2 说明书附图 1/4 页 9 CN 111849425 A 9 图3 说明书附图 2/4 页 10 CN 111849425 A 10 图4 说明书附图 3/4 页 11 CN 111849425 A 11 图5 图6 说明书附图 4/4 页 12 CN 111849425 A 12 。