相變儲能物質(zhì)（C-,n-H-,2n+1-NH-,3-）-,2-MnCl-,4-的研究及聚乙二醇復合儲能材料的初步探索.pdf

1、能源是現(xiàn)代文明的三大支柱之一，制約著國家的經(jīng)濟、科學技術(shù)的發(fā)展。目前，世界各國能源消耗不斷上升，但是其利用率卻不高，存在著很大的浪費，使得能源的供給漸趨緊張，有枯竭的危險。以石油和煤為主的能源消耗給生態(tài)環(huán)境帶來越來越嚴重的污染。因此世界各國把研究開發(fā)新的清潔能源，高效而經(jīng)濟地利用能源資源和能量的存儲再生作為關(guān)系到國計民生的大問題。這些都促進了儲能研究的興起和迅速發(fā)展，如何開發(fā)新型的、高效能源已成為世界各國的研究熱點之一。 相變儲

2、能材料是利用相變將太陽能、地熱能和余熱能吸收存儲，在適當?shù)臈l件下再釋放出來的一種儲能材料。它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、紡織、建筑等領(lǐng)域中有極其廣闊的應用前景。該研究在歐美等國家七十年代已經(jīng)開始，國內(nèi)八十年代也開始進行初步研究?？紤]到遴選儲能材料的原則，固-固相變材料以其轉(zhuǎn)變溫度低、轉(zhuǎn)變焓高、過冷程度輕、體積變化小、無相分離等優(yōu)點而倍受人們的青睞。本論文選擇了具有技術(shù)和經(jīng)濟潛力的固-固相變儲能材料—有機金屬化合物四鹵合金屬(Ⅱ)酸二烷基銨作為研究對象

3、，其通式為(n-CnH2n+1NH3)2MX4，[簡稱CnMX，其中M=Mn，Cu，Zn，Co…，X=Cl，Br，I]，對其純物質(zhì)及其二元體系的儲熱性能進行了系統(tǒng)的研究，為選擇合適的儲能材料提供理論依據(jù)；繪制了其二元體系的相圖，為實際應用提供有價值的參考；并對其進行了動力學的研究，探討了其固-固相變的活化能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系；在應用方面，進行了復合儲能材料的制備以及儲熱性能的實驗。 第一部分的工作是首先制備了一系列的有機金屬化合物Cn

4、MnCl(n=8，10，12，14，16，18)，并配制了不同組分的C10MnCl/C14MnCl，C10MnCl/C16MnCl，C14MnCl/C16MnCl三個二元體系，采用元素分析和紅外光譜技術(shù)對純樣進行了表征。然后對其結(jié)構(gòu)和相變機理進行了分析，以便更深入的探究不同有機金屬化合物熱參數(shù)的異同。 第二部分的工作是采用差示掃描量熱法(DSC)對純樣及其二元體系的儲熱性能進行了詳細的研究。結(jié)果表明，純樣及其二元體系均具有優(yōu)良的

5、儲熱性能：轉(zhuǎn)變焓高、不揮發(fā)、過冷程度輕、使用壽命長等優(yōu)點，而且二元體系的相轉(zhuǎn)變溫度變寬，比純樣有所降低，更適用于低溫儲熱。 第三部分的工作主要是對兩個CnMnCl二元體系的相圖的繪制及研究。利用三種實驗手段： (1)熱分析，以得到組成和轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系。 (2)X-射線衍射技術(shù)，用以確定不同組成的二元體系的相區(qū)。 (3)變溫紅外光譜的測試，即通過紅外光譜中特征吸收峰隨溫度的變化，得到相轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，輔助繪制

6、相圖，并可探討其相變機理。 研究表明這兩個體系的相圖屬于同一類，均為有中間化合物生成的有最低共熔點的部分互溶體系相圖。這與兩組元的分子結(jié)構(gòu)、大小等因素有關(guān)，它們直接影響兩組元的互溶度，因而對相圖的形式形成影響。相圖所提供的熱力學信息對實際選擇合適的儲能物質(zhì)有指導意義。 第四部分的工作主要是測得不同升溫速率下的CnMnCl(n=8，10，12，14，16，18)及不同組成的C10MnCl/C16MnCl二元體系的DSC曲線

7、，借助動力學方程Kissinger法和Ozawa法計算固-固相變過程的動力學參數(shù)—活化能(Ea)和反應級數(shù)(n)，并分析比較兩種動力學處理方法和計算結(jié)果。結(jié)果表明它們的固-固相變均為一級過程，所得計算結(jié)果中的活化能Ea的數(shù)值有一定的規(guī)律性：純物質(zhì)的Ea先隨著碳原子數(shù)n的增大而升高；當碳原子數(shù)為14時，達到了活化能數(shù)值的最大值，而后活化能隨著碳原子數(shù)n的增大而減小，而后再增加，這種變化與分子間的作用力有關(guān)。比較純物質(zhì)與二元體系的活化能，我

8、們可以發(fā)現(xiàn)二元體系的活化能相對較低，因此，從動力學角度講，二元體系的相變較容易發(fā)生。所以在相同的條件下，可以優(yōu)先考慮應用二元體系。 第五部分的工作是制備了兩種交聯(lián)劑dimethylolethyleneurea(DMEU)和dihydroxydimethylol-ethleneurea(DMDHEU)，利用交聯(lián)劑將儲能物質(zhì)聚乙二醇(1000)復合到棉布和棉花上，對復合后得到的兩種儲能材料的儲熱性能進行了研究。結(jié)果表明不僅將PEG1

9、000復合到了棉布和棉花上，而且其循環(huán)儲熱性能良好。動力學研究的結(jié)果：復合后材料的表觀活化能Ea較純PEG1000要稍大，也說明了不僅將PEG1000交聯(lián)到了棉布和棉花上，而且沒有影響其固-液相變過程。 所作工作是在前人研究的基礎(chǔ)上，從熱力學和動力學更深入的研究固-固相變過程，為固-固相變儲能物質(zhì)的實際應用提供了理論依據(jù)，添補這方面數(shù)據(jù)的不足。采用了多種實驗手段，其中用變溫紅外研究相變是近年來較新的測試方法，對揭示相變機理有重要