Page 43 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期 戴远哲，等: 多孔载体基水合盐相变材料热物性研究进展 ·1757·
良的热力学性能，这为后续此类材料的研究开辟了 材料的孔隙率及比表面积较大，所以能够将相变材
新的思路。 料吸附进孔隙或者在表面上达到对相变材料的吸附
除了对这两类问题进行研究以外，也有许多研 作用。这种方法工艺较为简单，且此种负载吸附处
究人员发掘出此类材料在实际工程中的应用价值。 理可以扩大整个相变体系的有效传热面积，并与外
LI 等 [18] 发现，在镁磷酸盐水泥建筑材料（MPC）中 界环境进行有效的隔离，进一步提升整体的热力学
相变复合材料 CaCl 2 •6H 2 O 可以有效降低建材的水 性能 [34-43] 。综合考量多孔载体的自身性质及经济性，
合和硬化速率、减少总热量、抑制温度的升高、延 近年来研究较多的多孔载体材料主要有海泡石、硅
长 MPC 的固化时间、提高其致密性、减少对压缩强 藻土、膨胀石墨、膨胀蛭石等。
度有害的孔径含量。研究表明，CaCl 2 •6H 2 O 的最佳 2.1 海泡石基
质量分数为 1.5%，此时 MPC 的流动性和抗压强度 海泡石是一种纤维状硅酸盐，具有特殊的化学
均优于市面上普通水泥，由此可证明无机水合盐类 组成和晶型结构，其晶体结构示意图见图 3。其具
相变材料在建筑领域的应用潜力。而 LI 等 [31] 建立的 有优异的吸附性，可吸附 H 2 O 分子和离子等极性物
含有 Al 2O 3 纳米颗粒和 CMC 的 CH 3COONa•3H 2O-KCl 质。海泡石自身还存在许多碱性中心和酸性中心，
全新相变复合体系可以根据体系内 KCl 的含量调控 极易和反应物分子形成活化络合物，促进反应的发
体系的相变温度，此外测试发现，质量分数分别为 生 [44-46] 。此外，海泡石还具有价格低、绿色环保等
1%Al 2O 3 纳米颗粒、4%CMC 和 8%KCl 的相变体系 优点，目前海泡石常被作为纤维添加剂和吸附剂使用。
经过 50 次熔融-冷冻循环之后仍具有高达 232.29 J/g
的潜热值，说明这种相变体系有很好的热力学性能
和稳定性，并且能够满足设备的个性化需求。近年
来有国内外研究者对此类材料在建筑物膜材料、地
源热泵方向做了实际工程研究与开发，并取得一定
进展 [32-33] ，图 2 总结了无机水合盐的应用优势。但
目前为止还没有实际应用，因此今后还有很大的研
究潜力。
图 3 海泡石晶体结构示意图
Fig. 3 Schematic diagram of sepiolite crystal structure
崔韦唯等 [47] 通过真空浸渍法将 CaCl 2 •6H 2 O 成
功负载于具有多孔结构的海泡石内，从 SEM 图可看
出，此复合材料形态较好，但热力学性能较差。在
此基础上，张蕾 [48] 研究了改性酸化反应 6 h 预处理
后的海泡石纤维与 CH 3 COONa•3H 2 O 的承载关系，
当加入成核剂的 CH 3 COONa•3H 2 O 与预处理后的海
图 2 无机水合盐应用优势 泡石纤维的添加比 m(CH 3 COONa•3H 2 O)∶m(海泡石
Fig. 2 Application advantages of inorganic hydrated salts 纤维)=3∶2 时，相变复合材料具有最佳的热力学性
能，经过 50 次熔融-冷冻循环实验后，潜热值仍能
2 无机水合盐/多孔载体相变复合材料 高达 231.31 J/g，衰变率仅为 9.845%。另外，张永
辉 [45] 将海泡石材料改性后得到的 TiO 2 -海泡石多孔
近年来，针对无机水合盐材料的过冷与相分离 基体材料与熔融状态下的 Na 2 S 2 O 3 •5H 2 O 复合，性能
问题，研究人员发现，通过将其与多孔载体材料混 表征发现，多孔基体材料有利于相变复合材料中水
合可得到有效缓解。一方面，多孔材料内部丰富的 分的保存，延长了材料的使用寿命。同时，尚建丽
孔道为无机水合盐的成核过程提供了更多的成核位 等 [49] 也以改性海泡石为基体，以真空注入法制备了
点，促进了结晶过程，从而抑制了过冷现象 [10] ；另 不同相变芯材的复合材料，绘制吸放热曲线后得出
一方面，多孔材料内部极其微小的封闭空间起到了 Na 2 SO 4 •10H 2 O 比另两组有机相变芯材（石蜡、十二
与微胶囊类似的封装作用，能有效将相变体系均匀 醇）复合材料吸放热性能更好，这说明无机水合盐
分散，进而从源头上抑制相分离 [10] 。由于多孔载体 类材料可能更适合多孔载体负载，具有更加优良的
