多孔介质对相变材料吸附性能的实验研究文献综述

 2022-10-23 10:10

文献综述(或调研报告):

多孔介质对相变材料吸附性能的实验研究文献综述

摘要:相变材料及相变储能技术在建筑节能领域中的应用研究是实现建筑低能耗行之有效的方法之一。但建筑相变材料的应用还存在一系列问题需要解决,包括采用不同介质吸附效果差异大的问题,不同的制备复合相变材料方法的问题;复合相变材料与混凝土之间封闭结构不稳定的耐久性问题;相变储能建筑材料直接掺入混凝土存在相容性差,填充性差等问题;因热循环产生渗漏,使蓄热效果降低的耐久性问题;

关键词:多孔介质;相变材料;水泥基复合材料;热力学性能;力学性能

相变材料与基体混凝土结合起来,应用于建筑节能中,是近几年来的研究热点。相变材料与混凝土的结合,需要有热力学性能较为优异的载体材料,而多孔介质因为其具有较大的孔隙率而具备高导热性能,以及本身的具备毛细力和表面张力可以防止熔化以后的液态相变材料泄漏、减少凝固时的过冷度等一系列的优势,一直是吸附相变材料的首选材料。优良的多孔介质对相变材料的吸附率问题,一直是相变材料能否在实际应用中发挥其巨大潜热的关键所在。本文献综述主要综述近年来对于不同多孔骨架材料对相变材料吸附率的研究,不同的吸附方法对相变材料吸附率的差异,以及多孔材料对相变材料热力学性能的改善。

吴陶俊[1]采用3#石蜡、正构十四烷、固体切片石蜡以质量比为1:2:7的比例作为相变材料,选择膨胀珍珠岩、页岩陶粒、玻化微珠作为基体材料进行吸附测试,并分别进行自然浸泡法、真空浸泡法、防渗漏封装法进行吸附封装。在自然吸附法中,膨胀珍珠岩和玻化微珠吸附率相差不大,随着时间变化不明显。在真空吸附法中,所吸附的石蜡量提高了3~4倍。至于陶粒,粗粒级的陶粒孔隙率更大,吸附效果更好,自然浸泡对其影响也不大,真空吸附2小时可以提高20%的吸附率。

胡小芳等人[2]以常温相变储能石蜡作为复合相变材料的储能介质,以多孔陶粒作为吸附载体,再通过海藻酸钠反应包封陶粒。其自制组合石蜡固-液相变温度34.2℃。为解决固-液相变材料在相变过程中液态相变材料泄漏的问题,该实验采用海藻酸钠作为包封材料,并提供了具体封装的方法,此方法为反应条件简单、制备过程简便、生产成本低,适宜于工业化大规模生产的封装方法。该实验以陶粒为多孔介质,所取得的储能颗粒具备良好的热稳定性能。不过对于吸附效率的说明尚欠缺,已知目前普遍的实验研究表明陶粒的吸附效率相比泡沫金属较低。

温虹等人[3]采用膨胀珍珠岩(EP)作为载体,复配制得PEG600-PEG1000 二元共融体系,达到人体适宜温度的相变温度区间(10℃~35℃)。通过对比蛭石、凹凸棒、高岭土、有机改性蒙脱土OMMT(I30P)、OMMT(DK4)、膨胀珍珠岩从宏观干燥后的现象确定吸附效果。对相变材料PEG600-PEG1000二元体系的相变规律进行研究,根据DSC分析结果得到,PEG600-PEG1000二元体系的相变温度主要在10~35℃,在人体舒适范围内,焓值在120~180 J/g,潜热较大。不同组成EP/PEG的熔融、结晶分析结果表明,二元共熔体系在自然敞开环境下发挥了很好的相变储热/放热的调节作用,有一定的实用性。根据DSC、IR和SEM分析可得,EP的加入并没有很大的影响相变材料的性能和潜热,PEG与EP具有良好的相容性,两者之间为物理吸附,且EP与PEG复合后仍保持疏松多空形态,PEG 已均匀地粘附于EP 表面和孔道内,封装效果良好。不过对于吸附性能的研究不够深入,仅以实验现象作为效果的判定尚不够严谨。

李建立等[4]总结了制备定形相变材料的四种方法,包括物理吸附法、熔融共混法、微胶囊法、压制烧结法。用物理吸附法制备FSPCM,工艺简单,易于改造已有建材,但相变材料与基体材料的相容性问题难以有效解决,使用中可能出现相变材料的渗出、表面结霜等现象。共混法的优点是方法简单、操作方便;缺点是容易发生相分离,相变材料从载体渗出。特别是有机相变材料和高分子聚合物的共混时,当温度高于高分子聚合物的相变温度时,表现为固-液相变,不能保持形状稳定,同时也易燃,不安全。微胶囊法是目前研究的热点,已有多种新型微胶囊研发出来,Masato T 等研制了一种新型贮能复合材料,该材料由新闻纸纤维和MCPCM组成。其中的MCPCM是由原位聚合法合成的。芯材分别为正十五烷、正十八烷和正二十六烷,所得微胶囊平均粒径为30~50mu;m。压制烧结法主要用于高温相变材料,适用范围窄,目前研究也越来越少。

肖鑫[5]详细说明了以泡沫碳为基体材料,以石蜡为相变材料的复合相变材料的真空制备方法。

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