癸酸-棕榈酸-硬脂酸的制备和表征三低共熔混合物/膨胀蛭石复合材料形式稳定热能储存材料外文翻译资料

 2022-07-12 14:34:20

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癸酸-棕榈酸-硬脂酸的制备和表征三低共熔混合物/膨胀蛭石复合材料形式稳定热能储存材料

张维义a，张晓光a，赵朝辉a，赵玉银a，瑞龙文a王耀庭黄b，吴小文a，辛敏a

（学校材料科学与技术学院，非金属矿物和固体废物材料利用北京市重点实验室，国家重点验实验室中国地质大学矿产材料学院，北京100083b学校北京邮电大学理学院，北京100876）

摘要：在这项研究中，一种形式稳定的相变材料（FSPCMs）配给的癸酸 - 棕榈酸 - 硬脂（CA-PA-SA）共混混合物膨胀蛭石（EV）通过真空浸渍。在复合材料中，CA-PA-SA被用作热能储存材料，和EV担任辅助材料。 X射线衍射和傅里叶变换红外光谱结果证明复合材料中的CA-PA-SA和EV仅经历物理组合，而不是a化学反应。扫描电子显微镜图像显示CA-PA-SA被充分吸收在扩大的蛭石多孔网络。根据差示扫描量热法的结果，70wt％CA-PA-SA / EV样品在19.3℃时熔化，潜热为117.6 J / g，并在17.1℃固化一个潜热为118.3 J / g。热循环测量表明FSPCM表现出足够的sta-吴春明即使在经过200次熔融冷冻循环之后。此外，导热性的添加5重量％的Cu粉后复合材料增加约49.58％。因此，CA-PA-SA / EVFSPCMs是有效的潜热储热建筑材料。copy;2017由Elsevier Ltd发布代表材料科学与工程学报编辑部编辑技术。

关键词：癸棕榈酸，硬脂酸酸扩展蛭石形式稳定复合相变材料（PCM）

1介绍

建筑物不仅消耗巨大能量，而且还释放全球范围内大量的温室气体。因此，最近，节能建筑已成为重要的问题，因为目前，经济和环境因素 - 在全球范围内发挥重要作用[1,2]。 相变材料（PCM）用于潜热储能（LHTES）确定为建筑节能应用。 他们有个很多优点，比如高能量密度存储，高温变化以检索电负载的平衡[3]，以及在几乎恒定的温度下的潜热性[4,5]。 在最近几十年来，为减少室内温度变化，提高室内热舒适性，降低能耗，对节能进行了广泛的研究[6-9]。

迄今为止，关于PCM的研究集中在石蜡，脂肪酸，多元醇和其他有机化合物。关于PCM对于能量储存来说，脂肪酸具有理想的特性体积变化小，潜热高，化学性好热稳定性，阻燃性，低腐蚀性，无毒性，成本效益和可更新性[8,9]。 Karaipekli和Sarı[10]合成癸酸（CA）和肉豆蔻酸的低共熔混合物酸（MA），它们用于制备复合材料CA-MA /膨胀珍珠岩（EP），并确定该复合材料在波动后具有足够的热稳定性5000次热循环。 Chung等人[11]使用膨胀蛭石作为正十八烷支持矩阵。虽然准备的com-posite PCM具有热稳定性和化学惰性，即热性能复合材料PCM的电导率较低（0.1569 W / mK）。魏等人。[12]制备癸酸 - 肉豆蔻酸 - 硬脂酸（CA-MA-SA）/改性的膨胀蛭石复合相变材料（PCM）增强导热性和潜热。导热 - CA-MA-SA / aEVC的活性为0.667 W / mK，高出31.6％比CA-MA-SA /膨胀蛭石（EV）高。此外，脂肪酸与建筑材料表现出良好的相容性，例如如石膏墙板[13]，石膏混凝土[14]，粘土矿物[15]和其他墙体材料[16,17]Tial部件的建筑节能材料具有优良的性能相变特性[18]。但是，大部分脂肪酸由于它们不能直接用于调节温度高熔点。因此，根据理想的解决方案模型，几位研究人员已经准备了两个或三个低熔点的eutec-通过混合两种或三种脂肪酸的混合物。目前的研究主要集中在合成和性质双相脂肪酸共晶材料，并且很少有研究报道了三元脂肪酸。王先生报道了syn-二元脂肪酸共晶论文（CA-LA，CA-MA，CA-SA，和LA），使用癸酸（CA），月桂酸（LA），肉豆蔻酸（MA），和硬脂酸（SA）[15]，以及相变温度的CA-LA /聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），CA-MA / PMMA，CA-SA / PMMA和LA-MA / PMMA（50/50重量％）复合材料调整到适合建筑节能的范围。Sari [19]准备了三种二元低共熔混合物，即LA-MA，LA-PA和MA-SA，熔化温度为34.2℃，35.2℃，和44.1°C，分别;这些熔化温度低于那的每种脂肪酸。蔡等人。 [20]准备了五种二元脂肪酸 - 低共熔物，LA-MA，LA-PA，MA-PA，MA-SA和PA-SA，并通过Schrader方程计算出它们的共晶比率，熔化温度范围为33.27°C-53.69°C冻结温度在33.71°C-53.45°C范围内另一方面，脂肪酸PCM由于泄漏而受到限制融化。

考虑到孔隙产生的强大毛细作用力，小直径[21]，各种天然多孔材料较小的孔隙，如膨胀珍珠岩（EV）[22,23]，绿坡缕石[24]和膨胀蛭石[16]，经常用于避免熔化过程中脂肪酸的泄漏。 EV被用作支持因为它重量轻，耐火，同时它可以很容易地处理，具有很高的绝缘值和声音绝缘性能。 EV是2：1的层状硅酸盐矿物晶体结构[25]。当蛭石在高温下加热时，高温短时间内，其体积膨胀数倍，由层间水的突然释放引起[26]。因此，它呈现出分层结构，并且它丰富且更具成本效益，比其他一些有机材料更有效。已经报道了用于浸渍PCM的各种方法辅助材料，如微胶囊化[27]稳定的相变材料（FSPCM）[28,29]。由于其低成本低，制备工艺简单，潜热大，以保持相变和热稳定期间的形态稳定性长时间使用的可靠性，FSPCM（吸附PCM）多孔基质）引起了相当的关注[30,31]。CA-PA-SA / EV FSPCM不能直接与之交换热量内部，但被包含在一个热储存系统吸收太阳能并交换热量。 CA-PA-SA / EVFSPCM可以作为建筑填充材料用于准备CA-PA-SA / EV-水泥通过挤压成型[32-34]。卡韦萨等人。 [35]调查了PCMs对节省供热和排放的影响冷却能量，结果显示混凝土小室有和没有PCMs显示温差3℃。在这项研究中，CA-PA-SA / EV复合PCM具有不同的比例的CA-PA-SA与EV合成，其中CA-PA-SA和EV合成充当潜热储存材料和支撑材料，分别。结果显示，CA-PA-SA / EV compos-具有成本低，制备简单，火焰稳定等优点阻燃性好，潜热高，热稳定性好，适用性强相变温度和良好的热可靠性demon-展示了建设太阳能的节能材料的潜力应用。

  1. 实验方法

2.1物料

CA（C 10 H 20 O 2，CP），PA（C 16 H 32 O 2，CP），SA（C 18 H 36 O 2，CP）和625目铜粉购自北京化工Reagent Ltd.表1总结了CA和C的物理性质PA。 EV由Zper公司提供。表2总结了EV的化学组成主要由SiO 2组成，MgO和Al 2 O 3。这些化学品在收到时没有使用毛皮，纯化。

2.2。制备CA-PA-SA三元低共熔混合物

根据最低共晶点理论，脂肪酸可以与共晶比率混合以获得共晶温度 - ature，这比个别脂肪酸低。根据施拉德方程[36,37]，脂肪的共晶质量比酸混合物可以近似计算。

（1）

这里，T m是低共熔混合物的相变温度，T A和H A是相变温度和潜热该组分A，X A分别是组分A的摩尔分数，nent A inR为气体常数（8.314 J /（mol K））。第一，CA-PA-SA共晶混合物的理论质量比计算结果使用方程（1）。然后，CA-PA的质量计算二元低共熔混合物，其作为“gle“脂肪酸，然后是单一脂肪酸的质量比（即CA-PA）和SA再次计算。最终，大众确定了CA-PA-SA三元低共熔混合物的比例在79.3：14.7：6.0和计算出的混合物的熔点是25.71℃。CA-PA-SA三元低共熔混合物根据将指定比例放入水浴中，温度保持在70℃直至完全融化。接下来，样品用磁力搅拌装置搅拌30分钟以400rpm，然后冷却至室温。

2.3形式稳定的复合PCM的制备

CA-PA-SA / EV复合PCM通过真空制备浸渍。图1显示了一个真空impreg-国家体系合CA-PA-SA / EV复合PCM。一系列不同重量比的CA-PA-SA / EV复合材料PCM，制备部（40,50,60和70wt％）以确定三元低共熔混合物的最大质量分数，可以被吸收在复合PCM中。

2.4描述

进行X射线衍射（XRD，Model XD-3）分析使用Cu-Kalpha;辐射，扫描步长为0.021，以及a2范围为7°-60°。制备的CA-PA-SA / EV的形态通过扫描电子显微镜观察复合PCM（SEM，JEOL-IT300）。化学兼容性com-通过傅里叶变换分析复合材料中的成分红外光谱（FTIR，Model Frontier）。 FTIR光谱分析记录在KBr磁盘上，频率范围从4000到400厘米-1。相变温度和CA，PA，SA，CA-PA-SA和CA-PA-SA / EV复合PCM进行了分析通过差示扫描量热法（DSC，DSC214Polyma）进行氮气以50mL / min的流速流动。加热和冷却速度是设定为3°C / min。CA-PA-SA的热稳定性

图1.合成CA-PA-SA / EV复合材料PCM的真空浸渍系统示意图。

CA-PA-SA / EV复合相变材料采用热重 - 度量分析（TGA，Q50）在30°C到600°C范围内氮气下扫描速率为10°C / min。 热可靠性 - 测试复合材料相变材料的性能以确定其中的变化数字化后的相变温度和潜热值 - 热循环。 该测试连续进行至200个热循环阶段。 DSC分析进行inves-调节热复合材料PCM的热稳定性循环测试。 导热系数K的确定如下：其中C p是比热容， 是热量扩散率，使用热导率分析仪测量（DRL-II和 是密度。

图2.（a）CA-PA-SA，（b）EV和（c） - （f）复合PCM的XRD图谱。

3 结果与讨论

3.1化合物PCM的化学表征

图2显示了CA-PA-SA，EV和XRD的XRD图CA-PA-SA / EV复合PCM。 CA-PA-SA展品四强衍射峰位于9.22°，12.23°，21.60°和23.79°，EV分别在8.82°，26.38°和44.72°，以及5-10°和2°的两个宽峰25-30◦，分别表示不完整的结晶度EV。 CA-PA-SA / EV复合材料表现出所有的特征峰CA-PA-SA和EV，而这些峰值变弱，表明CA-PA-SA和EV的结晶度降低。峰值inten-CA-PA-SA在浸渍后显着不同CA-PA-SA进入EV的孔隙，表明结晶CA-PA-SA的行为主要取决于（005）crys-由于EV的表面吸附，根据布拉格等式（等式（2）），层间距（d（005））为7.6983 ?.（2？= 12.24？）[38-41]。没有观察到新的衍射峰图2.（a）CA-PA-SA，（b）EV和（c） - （f）复合PCM的XRD图谱。表明复合材料的XRD图谱，表明CA-PA-SA和EV经过任何化学反应只有物理组合。

（lambda;= 0.15418nm，n =1）（2）

图3显示了CA，PA，SA，CA-PA-SA，EV和FTIR的FTIR光谱CA-PA-SA / EV的复合PCM。 从中可以看出CA-PA-SA谱图，在2919cm -1和2850cm -1处观察到的峰对应于CH3和CH2对称拉伸振动 - 重刑，分别。 在1704cm -1处观察到的峰对应到C O对称伸缩振动。 观察到高峰1465cm -1和1300cm -1对应于平面外弯曲OH的振动，以及在936cm -1观察到的峰对应于OH的面外弯曲振动。 由于com-与CA，PA和SA的谱图相比较，

图3.CA，PA，SA，SA-PA-SA，EV和CA-PA-SA / EV复合PCM的FTIR光谱。

CA-PA-SA共晶体都保持完好，只有轻微的差异关于吸收峰的位置和强度，表明CA，PA和SA仍然保持相变熔融混合后脂肪酸的性质和分子结构。此外，CA，PA和SA不构成简单的混合物，但是它们表现出一些物理效应，例如极地群体之间强大的氢键，确保稳定的形成CA，PA和SA共晶。在EV的光谱中，在3468cm -1处观察到峰1636cm -1对应于OH拉伸和弯曲振动的夹层水分别。特征峰值在1014cm -1处观察到Si O伸缩振动，并且出现峰值在465cm -1观察到对应于Si O Si弯曲振动 - 蛭石。显然，电动汽车和汽车的特征峰值CA-MA-SA在CA-PA-SA / EV com-posite PCM，没有额外的乐队。这些结果证实了CA-PA-SA和EV之间没有化学相互作用，并且组件之间存在物理交互作用复合材料。

3.2复合PCM的形态

图4显示了EV和CA-PA-SA / EV com-posite PCM。如图4（a）和（b）所示，EV展现出来典型的层状形态，具有牢固堆积的丰富层一起类似一本书的页面。它作为支持 - 并吸收液体。这种层状结构增加其比表面积，从而使熔融的CA-PA-SA被吸收容易。根据图4（c）和（d），复合PCM显示与图4（a）和（b）中的EV相比的各种差异微观结构。可以看出，EV的层空间很大被占用，并且薄片由于加载而变厚CA-PA-SA。在CA-PA-SA / EV复合PCM中，空的夹层EV的空间完全充满CA-PA-SA。和CA-PA-SA均匀分布在EV的层状结构中。基于该以上结果表明，CA-PA-SA和C-PA-SA之间的表面张力EV的多孔结构可以防止熔融的CA-PA-SA泄漏。因此，这个结果清楚地表明复合PCM可以有效通过真空浸渍制造。

3.3复合PCM的热性能

DSC分析是最可靠的方法

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