论文总字数：32748字

目 录

1绪论 1

1.1相变储热的研究背景 1

1.2复合相变储热 2

1.2.1复合相变储热材料 2

1.2.2复合相变材料的制备方法 3

1.3负载型相变储热材料 4

1.3.1膨胀石墨基相变储热材料 5

1.3.2粘土基相变储热材料 6

1.4凹凸棒石结构和性质 6

1.4.1凹凸棒土的结构 6

1.4.2凹凸棒土的性质 8

1.5凹凸棒土的应用 9

1.5.1凹凸棒土在建材领域的应用 10

1.5.2凹凸棒土在工业领域的应用 10

1.5.3凹凸棒土在分子筛领域的应用 12

1.6本课题的提出和主要研究内容 13

2实验方法 15

2.1样品制备 15

2.1.1实验原料 15

2.2.2实验设备 15

2.2.3工艺流程 15

2.2性能测试 15

2.2.1孔隙率的测试 15

2.2.2 样品形貌观察 15

2.2.3储热性能测试 15

3多孔凹凸棒土负载石蜡的工艺研究 17

3.1石蜡与凹凸棒土混合比例优化 17

3.2加水量的影响 18

3.3加水量对孔隙率的影响 19

3.4石蜡对孔隙率的影响 20

4储热性能分析 25

4.1石蜡储热机理 25

4.2多孔凹凸棒土负载石蜡的储热性能 26

5 结论 29

参考文献： 29

致谢 32

负载型多孔储热材料的制备及研究

张宗鹏

，China

Abstract：Human development and survival of the most can not be lack of energy. Now more energy is fossil fuels, but the application of fossil fuel energy supply systems has led to energy crises and environmental degradation. We can do now in addition to the development of renewable energy, energy saving, more importantly, to improve energy efficiency. Attapulgite has a special structure, morphology, physical and chemical properties. Porous media because of its own light weight, the advantages of large surface area, so it has a good industrial application prospects. In this paper, we propose to use the low cost attapulgite soil as raw material, make the porous material through the foaming agent, and use the material as the carrier, and then adsorb the paraffin to prepare the composite phase change material. Through the foaming process, the porous materials were prepared, and the influence of the forming process parameters on the forming performance was explored by observing the morphology of the samples, calculating the porosity and testing the thermal storage performance. The results are as follows: 1. The mixture of paraffin and attapulgite is about 4: 1, or less than 25%, and the powder is better. After grinding, it can get the powder with excellent quality. 2. The attapulgite soil 24g, half water gypsum 96g, then attapulgite soil accounted for 20% of the proportion of the material, in such an experimental conditions to add paraffin 2g when the distribution can be dense and uniform, pore size ≥ 1mm, Porosity of 87.99% of the material.

Key words：Load type; heat storage performance; porosity; attapulgite; paraffin

1绪论

凹凸棒石矿物世界各地均有分布，中国，美国和西班牙等国家都有大量ATP矿产资源。 上世纪70年代左右，许冀泉^[1]等科研人士，在我国南方苏皖地区的六合县竹镇发现了凹凸棒土粘土矿，上世纪80年代我国南方苏皖地区的盱眙县某些小山也发现该矿，经江苏相关地质探测部门的勘查评估，盱眙的凹凸棒土的土矿为规模很大储量极其丰富；1984年南京地质队在我国安徽省的嘉山县的一些镇子也找到了凹凸棒石粘土矿，之后凹凸棒土如雨后春笋一般，先后在我国十几个省区发现了凹凸棒石的粘土矿床。尤其是盱眙这个地区，这里的矿藏品位非常之高、储量也很庞大，在这个地区我们已探明储量的优良的凹凸棒石粘土已经超过了6800多万吨，能用做工业粘土的总量达5.1亿吨。

从一九三几年凹凸棒土发现凹凸棒土，早我国有关于凹凸棒石的研究历史大约有七十年了，国外美国和欧洲部分国家对凹凸棒土研究已有大量矿物学文献。中国研究凹凸棒土历史较晚，始于上世界八十年代苏皖地区凹凸棒石矿被发现以后，随后在全国多个地区发现了类似的矿床，至此，我国把凹凸棒土的作为功能性材料的研究才渐渐兴起，并在二十一世纪初达到高峰。

1.1相变储热的研究背景

人类的发展和生存最不能缺少的就是能源。现在我们更多应用的能源是化石燃料，但是化石燃料能源供给体系的应用导致了能源危机和环境恶化。我们现在能做的除了开发可再生能源、节能减排，更重要的是提高能源利用率。能源的供应与需求都不是在断在的时间就能改变的，是有较强的时间长度与一定的间歇长度的，在很多情况下都不能被合理地利用，从而导致能源的大量浪费。这就需要提高我们已经能够利用的能源的利用率。在能量消费体系的框架里面大部分是通过热能的形式和热能转化成别的能量后被利用。由此看出，对热能的更合理的利用，更好的实现热能的循环利用是很好的解决方式。“降级使用”即将化石燃料直接产生的热能用于生产和生活是热能利用中较为突出的浪费。寻求一些材料将这些热量储存起来，在在需要的时候将其释放出来。显而易见，储热技术是提高能源利用率和保护环境的有效手段。

储热技术有反应化学储热、先热储热和潜热储热三种储存热量的的方式。化学反应储热很麻烦，操作也还很繁多，究其原因是因为它的储热系统非常的复杂囊括的技术也很多，在生活生产中不易实际操作。显热储热的储能密度低且热损严重，热能在储存利用中品味急剧下降，这一点来说并不是不容易解决的，重要的问题是不能在特定的温度下释放出其所有的能量，我们知道能量是守恒的，如果这些能量消散或者转化成其他形式的能量，我们想要达到的控制温度基本不变化的的目的就会很难。相变是一个可以近似与恒温类此，可达到保持恒温效果的与此同时还能发生吸热和放热的现象产生的热升学过程。

具有热能储存和温度调控功能的物质称为相变材料（PCMs）。利用相变材料相态变化过程中吸收或者释放的潜热进行能量的储存与释放的技术成为潜热。在科学上严谨的说法可以说什么类型的物质都可以成为相变储能材料，既然什么材料都可以，所以相变储热材料的数量数不胜数，种类也多种多样，应有尽有。相变储热具有储存热亮的密度很高、造价比较低、储存热量及放出热量的过程与它在一个固定的温度条件下的储存热量和放出两热是差不多的。在相变储热这项领域里，对于核心材料的要求是很高的，一般需要满足以下几个方面的要求：（1）热学性能：相变所需要的达到的温度的范围和使用目标要达到的温度分范围基本是一致的，最好是重合的。较大的潜热、较高的比热容和较大的导热系数是必不可少的。（2）物理性能：质量够大单体积却要保证足够小、达到饱和状态的蒸汽压要小和温度变化后物体的长宽高要变化不大。（3）化学性能：不易与其他的物质反应、相容性以及对温度不敏感；没有味、没有毒、不会腐烛其他的材料，不易燃烧不易爆炸。（4）动力学性能：较高的晶体成核与生长速率；低的过冷程度和并能在相变之后经过一些条件复原。（5）经济性能：造价要低，取材方便，资源分布的范围要广。

1.2复合相变储热

1.2.1复合相变储热材料

已知的相变材料从化学成分上可以分为无机相变材料和有机相变材料。每一种材料都有着自己的特点是独一无二的，但是没有哪一种材料是完美的，每一种也都存在突出的问题。如无机相变材料就很容易腐蚀其他的物质这样就必须要有特制的材料防止被其腐蚀大大的增加了成本、过冷度要大和相分离等一些弊病，相应的，有机材料也有很多的缺陷，有机材料很多易融化，融化后成为液态然后就很容易泄露、导热率不高等一些不利因素，特别是其导热系数低的原因，导致了很大的问题，包括有机储能、放热的性能不高，无法充分利用其储能容量导致了资源和能量的浪费。出现的这些问题我们试着解决过，比如添加导热的效率很高的材料铝的粉末（或铜的粉末、石墨的粉末）用来提高导热的效率，还有一种方法是采用翅片管换热器，采用增加换热面积的方式是传热性能提高，但是这些强化传热的解决方式都无法完全解决单一相变储热材料的热导率低的困难。为了克服单一的相变储热材料所固有的缺陷，我们选择了开发复合相变储热材料。复合相变储热材料能够避免单一相变储热材料的这些本身的缺陷，而且还能够改善它们的应用的效果并拓展其应用的范围。根据基体的材区别，我们将其分为了：（1）高分子基定型复合相变储热材料（2）微/纳米胶囊型相变储热材料（3）多孔基质吸附型的复合相变储热材料

采用相变材料或者热化学储热进行热量存储经过前文的描述我们已经有了大致的了解相变储热具有高的储能密度，正因为这样，才可以在很小体积的相变材料中储存的了热量，并且其在储热的过程中仅仅有很小的温度上的差异^[10]在低温相变储热系统中，通常采用石蜡与水合盐一起来作为储热介质.热化学储热将热能将会以反应焓的形式储存在可逆的化学反应中，与相变材料比较会有更高的储热密度，同时也能实现常温下长期储存热能的特性^[11]这些材料具有一个共同的问题是导热系数低，一般相变材料有效的导热系数在0.2~0.5W*m-1k-1之间，热化学储热材料有效的导热系数是小于1.0 W*m-1k-1 ^[12]使得储放热过程相比较会很长。

1.2.2复合相变材料的制备方法

（1）聚合物定型法

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