| 题名 | 脂肪胺相变储能材料及其复合材料的制备与性能研究 |
| 作者 | 陈涛 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 李安 |
| 关键词 | 相变储能材料 脂肪胺 复合相变储能材料 碳纳米管 石墨烯 储热 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 相变储能材料（Phase change materials,PCMs）具有储存能量大、储能密度高以及相变过程中温度恒定等诸多优点,被广泛应用于建筑节能、太阳能储存、航空航天、军事、电子设备、动力系统、工业废热和余热的回收等领域,是目前众多储能技术中的研究热点。相比其它类型的相变储能材料,有机相变储能材料具有低腐蚀、无相分离和具有适宜的相变温度等优点。然而,已知的有机相变储能材料存在易泄漏、低导热和潜热较低等局限。因此,寻求具有高潜热的新型相变储能材料对于太阳能、热能的存储与利用以及构建可再生和可持续节能系统具有重大意义。本文首次发现并报道了一系列新型的具有高潜热、低相变温度和低过冷度的有机相变储能材料—脂肪胺（FAs）;以FAs为客体有机相变储能材料,基于FAs的碱性氨基（-NH2）,制备了带酸性基团的多孔介质作为载体,并将FAs吸附于多孔介质上制备复合相变储能材料,以期通过客体有机相变储能材料和主体载体的酸/碱基团的静电相互作用（Electrostatic interaction）提高PCMs的吸附率和稳定性,同时利用载体本征特性提高复合相变储能材料的导热性能以及其它综合性能。本文的主要研究内容为以下四个部分:（1）选取不同碳链长度（碳数在1236范围内）的FAs,分别对其储热性能、相变温度以及冷热循环稳定性进行研究,发现其相变潜热范围为260kJ·kg-1437kJ·kg-1,是迄今为止报道的有机相变储能材料的最高值;其相变温度范围为25.8℃71.6℃,且具有更低的过冷度（<10℃）,同时冷热循环稳定性也很优良,表明FAs是良好的有机相变储能材料。（2）为解决FAs固有的易泄漏的问题,根据其自身活性氨基的碱性特性,设计制备了含有酸性基团的聚对苯乙烯磺酸基多孔介质（PDVB-SO3H）,并将其作为载体,选用脂肪胺中的十八胺（ODA）作为相变储能材料,采用熔融浸渍法制备了十八胺/聚对苯乙烯磺酸基（ODA/PDVB-SO3H）复合相变储能材料。表征结果表明:PDVB-SO3H对ODA的吸附率高达560wt%,同时具有良好的储热性能和热循环利用能力,熔融相变潜热介于180.9kJ·kg-1224.2kJ·kg-1之间,且具有比纯FAs更好的热稳定性。通过Py-IR与吸附性能实验证实:PDVB-SO3H的-SO3H与ODA的-NH2之间具有静电相互作用,这种作用会增强载体材料对相变储能材料的吸收。但研究发现聚对苯乙烯磺酸基多孔介质对ODA导热性能的改善程度有限。（3）为改善纯FAs的导热性能,选取具有高导热性的多壁碳纳米管（MWCNTs）作为载体,通过多重氧化制备出三种不同羧基化程度的多壁碳纳米管（p-MWCNTs、a-MWCNTs和c-MWCNTs）,分别将其作为FAs中的十四胺（TDA）和十八胺（ODA）的载体,制备出共6种脂肪胺/多壁碳纳米管复合相变储能材料。研究了载体的不同羧基化程度对脂肪胺/多壁碳纳米管复合相变储能材料的储热和导热性能的影响。表征结果表明:高羧基化多壁碳纳米管（c-MWCNTs）在FAs中的分散性很好,FAs/c-MWCNTs具有优良的热稳定性和储热能力(>200kJ·kg-1);FAs/MWCNTs的导热系数随多壁碳纳米管含氧官能团数量的增加而升高。（4）为同时改善FAs的易泄漏及低导热的问题,设计制备了性能优异的新型多孔三维石墨烯海绵（GS）,并将其作为载体材料,负载FAs中的十四胺（TDA）和十八胺（ODA）;通过熔融浸渍法制备出了形状稳定的具有高吸附率、高储能密度及高导热性能的脂肪胺/多孔三维石墨烯海绵复合相变储能材料（FAs/GS）。研究发现,GS具有优异的吸附性能,对ODA的吸附率高达10660.87wt%,是迄今为止有关多孔复合相变储能材料的报道中吸附率的最高值。同时GS的存在有助于提高FAs的导热性能。表征结果表明:低温环境中,FAs/GS具有更好的热稳定性及较高的储能密度,其熔融相变潜热比纯FAs更高,这在以往关于复合相变储能材料的研究中从未出现过。FAs/GS经过200次冷热循环后,其潜热含量仍然高达93.34%（TDA/GS）和93.83%（ODA/GS）,进一步证实了FAs/GS具有优异的热循环利用能力。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 107 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95251]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈涛. 脂肪胺相变储能材料及其复合材料的制备与性能研究[D]. 2019. |
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