Page 44 - 《精细化工》2020年第9期

·1758· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

吸放湿功能，从而可以确保材料的储能性能，这为 元醇、石蜡复合的经验，继续探究硅藻土与无机水
今后如何提升无机水合盐类相变材料的实用价值提 合盐类材料复合的机理与可行性，同时针对此类复
供了新的方向。 合材料可赋予复合基体一定机械性能的特点，也可
以上研究主要是通过对海泡石进行各种改性预 挖掘此类材料在可塑、可延展温控材料领域的潜力。
处理，以使其与无机水合盐具有更适宜的协同作用， 2.3 膨胀石墨基
除了具有多孔载体多通道、微空间的特点以外，海 膨胀石墨（EG）又称柔性石墨，是一种多孔的
泡石对于 H 2 O 分子独特的吸附优势使其更加适合作 蠕虫状无机材料，具有比表面积大、耐酸碱腐蚀的
为无机水合盐的载体。此外，海泡石还具有优良的 优势，同时在高温、高压或辐射等条件下工作不易
吸放湿功能。此类材料一般稳定性较好，寿命较长， 发生分解、变形或老化，具有很好的稳定性，是少
适宜作为绿色建材领域长久使用的相变芯材，但其 数具有高导热系数的多孔基材。大量的研究表明，
热力学性能较差，今后还有很大的改进空间。 EG 承载无机水合盐对其过冷现象能起到很好的抑
2.2 硅藻土基 制 作 用 ，冷从 斌等 [53] 釆用 真空 吸 附 法 制备了
硅藻土具有高孔隙率、耐磨、耐热、吸水性、 Na 2 SO 4 •10H 2 O/EG 相变复合材料，发现添加质量分
高渗透性、化学稳定性等特点。在相变过程中，硅 数为 2%的硼砂和质量分数为 8%的 EG 可以消除它
藻土强大的毛细管作用力和表面张力可以牢牢锁住 们的相分离现象并使相变材料的过冷度降低 95%。
熔融状态下的相变基材，从而使复合材料比纯无机 进一步地，LIU 等 [54] 将 Na 2CO 3 •10H 2 O-Na 2 HPO 4 •12H 2 O
水合盐更稳定，同时赋予相变体系一定的机械性 共晶水合盐（EHS）浸渍到 EG 和膨胀石墨氧化物
能 [50] 。杨志伟等 [51] 系统地研究了 CaCl 2 •6H 2 O、 （ EGO）中， 对两者 热性 能进行 了评 估，发 现
Na 2 SO 4 •10H 2 O、CH 3 COONa•3H 2 O 3 种无机水合盐 EHS/EGO 相较于 EHS/EG 具有更佳的热力学性能与
与硅藻土的负载情况，测试了相关的热力学性能并 更低的过冷度，这可能与 EGO 中大量的表面含氧基
与原始无机水合盐进行了对比，初步证实了硅藻土 团和表面缺陷以及较大的中间层间距有关。与此同
负载无机水合盐的可行性，为今后硅藻土与无机水 时，ZHANG 等 [55] 使用 EG 负载 Mg(NO 3 ) 2 •6H 2 O 前
合盐类材料的研究提供了参考。在此基础上，杨紫 以 Triton X-100（TX-100）作为表面改性剂预处理
娟 [50] 选取其中的 CaCl 2 •6H 2 O 作为相变芯材，以硅藻 制备了亲水性膨胀石墨（HEG）。其预处理得到具有
土为基底，采用浸渍法制备了一系列硅藻土相变复 不同水接触角复合 PCM 的 SEM 图及对应的角度示
合材料，并对其过冷问题与热力学性能的强化进行 意图。如图 4 所示。对比发现经过亲水处理的 EG
了研究。结果表明，CaCl 2 •6H 2 O 均匀地吸附在硅藻 负载的相变体系具有更好的热循环稳定性，经多次
土表面，与硅藻土未发生化学反应，添加质量分数 循环之后潜热值变化幅度较小，控制在 1%以内，且
为 1.0%的成核剂 SrCl 2 •6H 2 O 后，复合材料的过冷度 导热系数也比纯 Mg(NO 3 ) 2 •6H 2 O 的导热系数提高了
降至 0.3 ℃，再添加质量分数为 10.0%的石墨后， 5.17 倍。上述结论均说明了对 EG 的化学结构进行
相变复合材料的导热率由 0.56 W/(m·K)提高到 调整可能会有益于相变体系的优化，也为后期的进
0.95 W/(m·K)，提高了 70%，经过 200 次熔融-冷冻 一步研究奠定了基础。
热循环实验后，相变复合材料仍维持很好的热稳定 除了对缺陷进行修复以外，也有很多科研人员
性。此研究证明，硅藻土负载无机水合盐不但降低 对 EG 负载相变材料的各项热力学性能进行了强化。
了过冷度，还对各方面性能有不同程度的改良，具 DUAN 等 [56] 以不同比例的 EG 负载 CaCl 2 •6H 2 O 后发
有一定的实用意义。此后，雷琳等 [52] 采用插层复合 现，具有高热导率的 EG 大大提高了相变复合材料
法将石蜡与 Na 2 SO 4 •10H 2 O 作为相变芯材混合负载 的导热性能，同时 EG 的孔隙负载也一定程度上避
于硅藻土中，并得出当石蜡与 Na 2SO 4•10H 2O 的添加 免了 CaCl 2 •6H 2 O 在使用过程中的泄露。在此基础
比 m(石蜡)∶m(Na 2SO 4 •10H 2O)=3∶1 时，制备出的 上，XIAO 等 [57] 基于已缓解过冷与相分离现象的
相变复合材料具有较好的热力学性能，且 200 ℃以 CH 3 COONa•3H 2 O（SAT）相变体系进行了进一步优
下均具有良好的热稳定性，此种芯材复合方式为后 化，浸渍复合了质量分数为 10%的 CuS，结果表明，
续新型相变材料的制备提供了新思路。 CuS 的添加可以将相变体系的光热转换效率从 66.9%
以上研究发现，硅藻土表面大量的羟基官能团 增加到 94.1%。最终所得复合材料具有高达 194.8 J/g
在循环过程中与无机水合盐可形成稳定的氢键结 的潜热值，且经过 150 个热循环后，潜热值和光热
构，这有助于相变体系在工况下保持稳定 [10] 。目前 转化效率仅分别降低了 5.9%和 2.6%，因此，可认
为止，有关硅藻土与无机水合盐类复合材料的研究 为该材料在太阳能热能存储领域具有很大的应用潜
还较少，今后的研究可以借鉴硅藻土与脂肪酸、多 力。除此以外，在实际应用方面，YE 等 [58] 将成分