本发明涉及功能性相变储能材料,特别涉及一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法及在空调的应用。
背景技术:
1、新型储能空调系统通常使用相变材料(pcm)作为储能介质。相变材料是一种能够在温度变化时吸收或释放大量热量而不改变自身温度的材料。在储能空调中,相变材料的作用是在低峰电价时吸收热量,然后在高峰电价时释放热量,以降低空调系统的能耗。近年来,为实现节能储能的目的,研究人员在空调相变储能材料中投入了大量的人力、物力和材料。在这其中,相变微胶囊具有高能量储存密度,即在相对较小的体积内存储和释放大量能量,这使得它们非常适用于空调系统,且在相变的过程中,相变微胶囊能够几乎在恒定的温度下吸收或释放能量,有助于维持空调环境的稳定性。但是相变微胶囊也存在高成本、低封装、性能不稳定等问题。因此,虽然相变微胶囊在空调系统中的应用具有显著优势,但也存在一些技术和经济上的挑战需要克服。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法及在空调的应用,在于解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供如下的技术方案:
3、一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,采用溶胶凝胶法制备相变微胶囊,包括以下步骤:
4、步骤(1)w相溶液的配置
5、配置甘露醇水溶液,再加入水相表面活性剂tween-80,50~60℃下磁力搅拌800~1000rmp,30~60min,混合均匀后备用;
6、步骤(2)o相溶液的配置
7、在环己烷中加入油相表面活性剂span-80,室温下磁力搅拌800~1000rmp,30~60min,混合均匀后备用;
8、步骤(3)二氧化硅前驱体溶液(溶液a)的配置
9、向正硅酸四乙酯中加入三乙氧基硅烷偶联剂,室温下磁力搅拌800~1000rmp,10~30min,混合均匀后备用;
10、步骤(4)配置均化w/o体系
11、将w相溶液加入三颈烧瓶中,然后将o相溶液加入其中,50~60℃下搅拌,搅拌速率为800~1000rmp,进行乳化反应,完成后继续搅拌反应0.5~1h,得到透明的w/o体系;
12、步骤(5)分层相变微胶囊溶液的制备
13、将步骤(3)中的溶液a滴加到步骤(4)中的w/o体系,边滴加边搅拌,搅拌速率为800~1000rmp,进行聚合反应;滴加完成后继续搅拌反应5~10h,然后将反应物取出冷却、陈化,形成分层的相变微胶囊;
14、步骤(6)洗涤产物
15、将产物用无水乙醇进行过滤、洗涤,重复多次,去除未包裹的w相物质和其他杂质,将洗涤后的固体进行真空干燥处理,即得甘露醇@二氧化硅相变微胶囊。
16、进一步地,所述步骤(1)中水相表面活性剂为tween-20、tween-40、tween-60、tween-80中的一种或两种,优选tween-80。
17、进一步地,所述步骤(2)中油相表面活性剂为span-80、polysorbate 20、polysorbate 40、peg-40氢化蓖麻油、泊洛沙姆、卵磷脂中的一种或两种,优选span-80,表面活性剂可降低o相和w相之间的表面张力,帮助相变材料分散在连续相w相中形成稳定的乳液,同时,表面活性剂在微胶囊界面形成保护层,防止微胶囊聚集或合并,有助于控制微胶囊壳层的形成和质量,确保微胶囊具有良好的稳定性,即起乳化和稳定化作用。
18、进一步地,所述步骤(1)中甘露醇:水:水相表面活性剂=9~12g:20~30ml:0.05~0.15g。
19、进一步地,所述步骤(2)中环己烷:油相表面活性剂为50~70ml:0.5~0.8g。
20、进一步地,所述步骤(3)中正硅酸四乙酯:三乙氧基硅烷偶联剂=3~8ml:10~12ml;正硅酸四乙酯在水存在的条件下通过水解和缩合反应生成硅酸(sio2)网络,从而在相变材料的表面形成硅基壳层,为相变材料提供物理保护,防止其与外界环境直接接触,同时保持其封闭和稳定;三乙氧基硅烷偶联剂,可以与正硅酸四乙酯共同参与壳层的形成,不仅参与壳层的形成,还因其有机官能团的存在,增强了壳层与内部相变材料的相容性和粘附性;通过控使用量和比例,可以调节形成的硅酸壳层的厚度和致密性,进而影响微胶囊的透气性和渗透性。
21、进一步地,所述相变微胶囊用于新型储能空调中储存系统的相变材料。
22、与现有技术相比,本发明的有益效果是:
23、(1)本发明现设计的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法及在空调的应用,采用价格低廉的甘露醇、正硅酸四乙酯、三乙氧基硅烷偶联剂等廉价原料制备甘露醇@二氧化硅相变微胶囊,制备步骤简单,能够降低成本,且无毒无污染,可生物降解,整体上对环境友好;
24、(2)本发明现设计的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊,结合了甘露醇的相变储能特性和二氧化硅的稳定性和强度,同时兼具储能高效性、温度控制稳定性和物理化学稳定性,可以多次循环使用,寿命较长。
1.一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,采用溶胶凝胶法制备相变微胶囊,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中第一表面活性剂为tween-20、tween-40、tween-60、tween-80中的一种或两种,优选tween-80。
3. 根据权利要求1所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中第一表面活性剂为span-80、polysorbate 20、polysorbate 40、peg-40氢化蓖麻油、泊洛沙姆、卵磷脂中的一种或两种,优选span-80。
4.根据权利要求1所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中甘露醇:水:水相表面活性剂=9~12g:20~30ml:0.05~0.15g。
5.根据权利要求1所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中环己烷:油相表面活性剂为50~70ml:0.5~0.8g。
6.根据权利要求1所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中正硅酸四乙酯:三乙氧基硅烷偶联剂=3~8ml:10~12ml。
7.根据权利要求1-6任一一项所述的一种甘露醇@二氧化硅相变微胶囊的应用,其特征在于,所述甘露醇@二氧化硅相变微胶囊用于新型储能空调中储存系统的相变材料。