镁基无机盐复合相变储热材料的制备及热特性研究

In Qaidam salt lake, the bischofite resources are abundant and MgCl2 has been large-scalely produced. By changing the weight fraction of MgCl2.6 H2O and CaCl2.6 H2O to obtain the phase change temperature of about 25 oC. By regulating the pore structure of expanded graphite and modifing its surface property, the oxygen-containing groups is introduced to improve the hydrophilic character. The inorganic salt hydrate/expanded graphite composite phase change heat storage material will be prepared to absorb the salts into the pore of expanded graphite. The effects of expanded graphite micro pore structure and surface modification on inorganic salt hydrate adsorption performance will be proven. The composite phase change material of the inorganic salt hydrate is used as a component of cement mortar to prepare phase change building material, the thermal characteristics of the thermal storage building materials will be studied. For MgCl2 and MgCl2-KCl, MgCl2-KCl - NaCl hybrid inorganic salt heat storage material, the composite phase change materials will be prepared by aqueous solution "adsorption" method, the effect of the pore structure of expanded graphite on adsorption performance of inorganic salts will be investigated, the optimized pore structure of expanded graphite can be obtained. Based on the given quality of inorganic salt content in the composite phase change materials, the optimized compression density of composite phase change materials will be given. The thermal conductivity model of composite phase change material will be established. Research work will be helpful for promoting the efficient utilization of salt lake resources, and improving the development of energy conservation in China.

针对柴达木盐湖丰富的水氯镁石资源及规模化生产MgCl2的特点，获得相变温度为25 oC 左右的MgCl2.6H2O与CaCl2.6H2O水合无机盐的质量配比。调控膨胀石墨的孔结构并对其表面进行改性，引入含氧基团，提高亲水性。探明膨胀石墨微孔结构及表面改性对水合无机盐相变储热材料吸附性能的影响规律，制备水合无机盐吸附量大的膨胀石墨复合相变储热材料，并将其作为水泥砂浆的组分制备储热建筑材料，研究储热建筑材料的热特性。对于MgCl2及MgCl2-KCl、MgCl2-KCl-NaCl混合无机盐相变储热材料，采用“水溶液吸附法”制备膨胀石墨复合相变储热材料，弄清膨胀石墨孔结构对无机盐吸附性能的影响规律，优化膨胀石墨的孔结构。基于给定无机盐质量含量的复合相变储热材料，获得具有定型特性的最佳压缩密度，建立复合相变储热材料导热系数的计算模型。研究工作将推进盐湖资源的高效利用，并促进我国节能工作

我国柴达木盐湖具有丰富的无机盐资源，镁基无机盐等可作为相变材料，但存在相变温度单一，应用范围窄；导热系数低，性能不稳定以及腐蚀性等问题，严重制约了其实际应用。本项目主要的研究内容：（1）制备了具有不同相变温度的镁基无机盐混合物相变材料，获得了其物性参数；（2）以膨胀石墨为载体，制备出导热系数高、性能稳定的镁基无机盐/膨胀石墨复合相变材料，并对其热性能进行了研究；（3）将镁基水合盐混合物相变材料作为储热建筑材料应用于模拟的建筑结构中，建立了系统的传热模型，提出了数值求解方法。取得的重要结果及关键数据：（1）获得了MgCl2·6H2O–Mg(NO3)2·6H2O、MgCl2·6H2O–NH4Al(SO4)2·12H2O、MgCl2·6H2O–KAl(SO4)2·12H2O、CaCl2·6H2O-Mg(NO3)2·6H2O以及MgCl2-KCl等混合无机盐等相变材料的共晶特性及热物性数据，扩展了镁基无机盐相变材料的应用领域。（2）基于正交实验法，获得了膨胀石墨孔结构调控的优化制备工艺，包括可膨胀石墨的目数、微波功率和微波时间。（3）提出了先对膨胀石墨进行亲水改性，再吸附镁基水合盐相变材料制备复合相变材料的创新方案，得到了镁基水合盐质量含量超过80%的膨胀石墨复合相变材料，其导热系数达到4.79 W/(m·K)，是镁基水合盐的9.61倍；（3）提出了镁基混合无机盐与膨胀石墨高速均混-压缩-加热吸附制备镁基无机盐/膨胀石墨复合相变材料的创新方案，该复合相变材料的导热系数为3.677 W/m·K，是镁基无机盐的9倍。在此基础上，通过添加石墨纸作为导热系数增强材料，将复合相变材料的导热系数提高到了12.76 (W/m K)。由于复合相变材料具有定型特性，能抑制高温条件下无机盐对金属的腐蚀性。（4）以CaCl2·6H2O-Mg(NO3)2·6H2O/膨胀石墨复合相变材料作为储热建筑材料应用于模拟建筑房中，建立了系统的传热模型，提出了数值求解方法，模拟结果与实验数据吻合良好。结果表明，储热建筑材料的应用大大提高了建筑的热舒适性并可实现建筑节能。科学意义：揭示了膨胀石墨的孔结构及表面特性对镁基无机盐相变材料的吸附与热性能的影响规律；构建了复合相变材料在储热系统中的传热模型，提出了数值求解方法。