一種工業用高溫蓄熱混凝土材料及其制備方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及儲能材料領域，特別是涉及一種工業用高溫蓄熱混凝土材料及其制備方法。【
背景技術：
】[0002]能源是人類社會生存和發展的重要物質基礎，目前我國消耗的能源主要來自于煤炭、石油、天然氣等不可再生能源。隨著我國經濟的發展，對能源的需求越來越大。構建穩定、經濟、清潔、安全的能源供應體系面臨著重大挑戰。我國作為制造業大國，每年需要消耗大量的能源，尤其是在水泥、鋼鐵、冶金等行業。但是在這些行業中，由于回收困難，導致大量的熱能白白排放到大氣中，導致能源的極大浪費。蓄熱材料的選擇對熱能回收技術至關重要，蓄熱材料的優劣及成本決定了熱能回收設施建設費用及運行成本的主要因素之一。目前要求蓄熱材料具有較高的能量密度；蓄熱材料與熱交換介質之間應有良好的熱傳導；化學相容性；力學穩定性等。[0003]目前蓄熱材料主要分為顯熱蓄熱材料、潛熱蓄熱材料和化學反應蓄熱材料。而潛熱蓄熱材料由于蓄熱密度大得到了廣泛的研究。目前作為高溫蓄熱材料的主要為熔融鹽，尤其是硝酸鹽，但熔融鹽有一個明顯的缺陷，就是其具有較強的腐蝕能力，在使用過程中，對熱交換管道和附屬設備有極大的腐蝕性，由此增加了蓄熱設施的運營成本，也降低了蓄熱系統的安全性和穩定性。為了降低熔融鹽對設備的腐蝕，目前學者對其進行了廣泛的研究，主要在熔鹽外面包裹一層其他耐腐蝕材料以提高耐腐蝕能力，該材料主要為高分子材料，其缺點是生產成本高，同時由于是高分子外層包裹，所以只能在較低溫度下使用，有一定的局限性。[0004]目前國內外對膠囊化材料有一定程度的研究。文獻1(李勇，郭蓓，黃官飛等.太陽能熱發電復合相變蓄熱材料的實驗研究[J].西安交通大學學報，2014，48(3):49-53.)研究了無機鹽/膨脹石墨復合相變材料，其無機鹽為ΚΝ03和NaN03，但是其存在高溫時無機鹽泄漏問題。文獻2(段武海.PEG相變微膠囊的制備及性狀分析[D].東華大學，2007.)以PEG-2000為芯材，聚丙烯腈(PAN)為殼材，利用反相乳液聚合中一個新的發展方向-核殼(種子)聚合原理，制備相變儲能微膠囊，但是存在應用溫度低問題。文獻3(柴卉，曾令可，劉平安等.包覆Si02的硬脂酸相變儲能材料的低熱固相化學合成及其熱性能[J].硅酸鹽學報，2007，35(11):1430-1433.)用低熱固相化學反應法，一步制備了表面包覆Si02的硬脂酸相變儲能納米粒子。但是存在應用溫度低問題。文獻4(趙亮，馬蕊英，孟祥蘭等.一種相變儲能材料的制造方法[P].申請號:CN201110350793.6.)公開了一種相變儲能材料的制造方法。該方法是將表面活性劑與石蠟制成乳液，將硅溶膠、乙醇與pH調節劑混合并調節pH值至9.5?13.0，然后將含硅溶膠的混合物滴入乳液中，經過濾、洗滌、干燥后，得到二氧化硅為囊壁的石蠟微膠囊相變儲能材料。其相變儲能材料為石蠟，存在應用溫度低等問題。文獻5(馬仝，于英杰.一種內嵌微膠囊相變材料型硬泡聚氨酯復合板[P].申請號:CN201320425854.5.)公開了一種內嵌微膠囊相變材料型硬泡聚氨酯復合板制備方法。其存在應用范圍窄問題。[0005]文獻6(YuSY,WangXD,ffuDZ.Microencapsulat1nofn-octadecanephasechangematerialwithcalciumcarbonateshellforenhancementofthermalconductivityandservingdurability:Synthesis,microstructure,andperformanceevaluat1n[J].APPLIEDENERGY,2014,114:632-643.)通過自組裝方法制備了正十八烷/碳酸鈣核殼相變材料。文獻7(ChenKP，YuXJ,TianCR,etal.Preparat1nandcharacterizat1nofform-stableparaffin/polyurethanecompositesasphasechangematerialsforthermalenergystorage[J].ENERGYCONVERS1NANDMANAGEMENT,2014，77:13-21.)制備了石蠟/聚氨酯復合相變材料。文獻8(TriguiA,KarkriM,Krupa1.ThermalconductivityandlatentheatthermalenergystoragepropertiesofLDPE/waxasashape-stabilizedcompositephasechangematerial[J].ENERGYCONVERS1NANDMANAGEMENT,2014,77:586-596.)研究了低密度聚乙烯-石醋相變材料。文獻9(WangY,ZhangY,XiaTD,etal.Effectsoffabricatedtechnologyonparticlesizedistribut1nandthermalpropertiesofstearic-eicosanoicacid/polymethylmethacrylatenanocapsules[J].SOLARENERGYMATERIALSANDSOLARCELLS,2014，120:481-490.)研究了硬脂酸-飽和脂肪酸/聚甲基丙烯酸甲酯納米膠囊化材料制備技術及方法。文獻10(ZhaoWH,ZhengY,SabolJC,etc.ThermalEnergyStorageusingZincasEncapsulatedPhaseChangeMaterial[C].PROCEEDINGSOFTHEASMEINTERNAT1NALMECHANICALENGINEERINGCONGRESSANDEXPOSIT1N,2011,V0L4,PTSAANDB，849-856.)通過在中高溫相變材料進行鍍鋅提高密封性，但是存在制備工藝復雜和成本高等問題。文獻ll(LatibariST,MehraliM,MehraliΜ,etc.Synthesis,characterizat1nandthermalpropertiesofnanoencapsulatedphasechangematerialsviasol-gelmethod[J].ENERGY,2013，61:664-672.)通過溶膠-凝膠法制備了軟脂酸/二氧化硅核殼納米膠囊化相變材料。[0006]雖然上述專利和文獻報道的蓄熱材料較多，但是都存在一定的不足:有的制備工藝復雜，成本較高；有的蓄熱材料相變溫度低，使用范圍窄；有的蓄熱能力較差；本發明采用化學合成方法制備納米蓄熱復合材料，并將其應用于蓄熱混凝土，結合了兩種材料的優點，具有較大的應用潛力。【
發明內容】[0007]本發明所要解決的技術問題是:提供一種工業用高溫(300?500°C)蓄熱混凝土材料及其制備方法，該方法實用性強，其生產出的新型特種高溫用蓄熱材料，具有換熱效率高，蓄熱密度大，工作穩定等優異的綜合性能，能夠滿足作為工業用高溫蓄熱材料的要求。[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:[0009]一種工業用高溫蓄熱混凝土材料，所述蓄熱混凝土材料按重量百分比包括以下組分:玄武巖骨料30?45%，粒度5?20mm;鋁礬土熟料骨料20?45%，粒度1?5mm;硅溶膠5?10%，均通過80μm負壓篩；200目硅微粉3?8%;200目活性氧化鋁粉3?8%，200目碳化硅粉1?8%及NaN03/Al203復合膠囊微粒8?10%;上述組分之和為100%，所述蓄熱混凝土材料還包括減水劑，所述減水劑占玄武巖、鋁礬土熟料、硅溶膠、硅微粉、活性氧化鋁粉、碳化硅粉及NaN03/Al203復合膠囊微粒總質量的0.3?1.0%。[0010]上述方案中，所述硅微粉的純度大于95%。[0011]一種工業用高溫蓄熱混凝土材料的制備方法，它包括以下步驟:[0012]1)備料:選取玄武巖、鋁礬土熟料、硅溶膠、硅微粉、活性氧化鋁粉、碳化硅粉及NaN03/Al203復合膠囊微粒，上述組分的質量百分比組成及粒度分別為:當前第1頁1 2 3