一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油、其制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油、其制備方法及應用。本發明導熱油包括氫化三聯苯導熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導熱油中形成懸浮液型導熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。本發明導熱油在傳熱介質中具有熱穩定性好、傳熱速度快、加熱均勻、儲能量大的優點，最高使用溫度達460℃，壽命為3年以上。
【專利說明】一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油、其制備方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱傳導介質領域，具體涉及一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油、其制備方法及應用，所述高溫是指導熱油的使用溫度達到460°C或以上。
【背景技術】
[0002]導熱油正規名稱為熱載體油(Heattransferoil)，也稱熱導油，熱煤油等。導熱油是一種熱量的傳遞介質，由于其具有加熱均勻，調溫控溫準確，能在低蒸汽壓下產生高溫，傳熱效果好，節能，輸送和操作方便等特點，近年來被廣泛應用于各大領域。
[0003]研究發現，固體粒子的導熱系數比液體大幾個數量級，因此懸浮有固體粒子的兩相液體的導熱系數比純液體大很多。為了提高導熱油的導熱性能，一般在導熱油中加入金屬、非金屬或聚合物固體粒子。
[0004]早期的研究多局限于用毫米或者微米級的粒子懸浮于與導熱油中，雖然傳熱效果明顯增加，但是由于粒子尺寸太大，容易在導熱油中沉淀，引起管道磨損、堵塞等不良后果。
[0005]自20世紀90年代起，隨著納米材料科學的迅速發展，研究人員開始嘗試利用納米材料技術提高導熱油性能。1995年,美國Argonne國家實驗室的Choi等人提出了納米流體Nanofluids的概念——即以一定的方式和比例在液體中添加納米金屬或非金屬氧化物粒子，形成一類具有高導熱系數、均勻、穩定的新型傳熱介質。
[0006]Choi的研究結果表明在液體中加入納米粒子，可以增加懸浮液的導熱系數，在同樣傳熱負荷下，使用導熱系數增大了 3倍的納米流體作為傳熱工質，幾乎不需要增加泵功率就可以使熱交換設備的傳熱效率提高2倍。而使用純液體工質的熱交換設備則需要耗費10倍的泵功率才能使熱交換設備的傳熱效率提高2倍。這種差異顯示了納米流體應用于熱交換設備的潛在優勢。
[0007]氫化三聯苯型導熱油的凝固點低，是目前最優質的液相高溫導熱油。但是，氫化三聯苯導熱油的導熱系數低，易造成加熱不均勻等缺點，因此在氫化三聯苯型導熱油中加入納米粒子提高其導熱系數，增加其導熱性能對于開發適用于工業高溫蓄熱系統是非常有必要的。
[0008]納米流體在傳熱和傳質方面都具有很好的強化作用，這正好可以用來強化吸收過程中的傳熱和傳質過程。而納米流體的導熱系數、表面張力、粘度和擴散系數等物理性質對納米流體強化吸收過程的效果有很重要的影響。
[0009] 納米粒子的加入大大提高了導熱油的導熱系數，但是納米粒子的加入同時也增加了導熱油的流動阻力，導致其加熱傳熱效果明顯降低，控溫準確度受到嚴重影響并且輸送不便。
【發明內容】
[0010]根據上述領域的需求和不足，本發明提供一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油、其制備方法及應用，以提高導熱油的導熱性能，延長導熱油的使用壽命。[0011 ] 為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0012]一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油，其特征在于，包括氫化三聯苯導熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導熱油中形成懸浮液型導熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。
[0013]上述導熱油各組分的重量份配比為:氫化三聯苯導熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份；所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30。
[0014]優選上述導熱油各組分的重量份配比為:氫化三聯苯導熱油94.9~99.899份；改性納米粒子0.1~5份；減阻劑0.001~0.1份。
[0015]所述改性納米粒子所占重量份為3份。
[0016]所述納米粒子選自納米銅、納米招、納米鐵、納米二氧化娃、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種，所述納米粒子的平均粒徑為15nm。
[0017]所述分散劑為親油的表面活性劑司盤85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
[0018]上述導熱油在太陽能光熱發電的高溫蓄熱傳熱系統中的應用。
[0019]上述導熱油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0020]I)用氣相法或固相法或化學氣相沉積法制備納米粒子；
[0021]2)取步驟I)所得納米粒子，將其分散在去離子水中，機械攪拌或超聲波分散使分散均勻；
[0022]3)加熱步驟2)所得分散均勻的納米粒子，不斷攪拌下緩慢加入分散劑進行包覆改性，持續攪拌后，自然冷卻即得改性納米粒子；
[0023]4)0~180°C條件下，將步驟3)所得改性納米粒子分散到氫化三聯苯導熱油中，攪拌，于80°C~120°C溫度下，保溫；5)加入減阻劑，繼續保溫攪拌后，自然冷卻，即得氫化三聯苯型高溫納米導 熱油；
[0024]所述導熱油各組分重量份配比為:氫化三聯苯導熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份，所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30 ；
[0025]所述分散劑為親油性的表面活性劑司盤85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨
鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
[0026]所述納米粒子的平均粒徑為15nm，所述納米粒子選自納米銅、納米鋁、納米鐵、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種。
[0027]步驟3)中，所述加入分散劑的溫度是50°C~100°C，所述持續攪拌的時間是30~60min ;步驟4)中所述保溫時間是I~2h ;步驟5)中，所述保溫時間是2~3h ;步驟4)中，分散所述改性納米粒子的溫度為90°C ;所述改性納米粒子所占重量份為3份。
[0028]技術效果
[0029]氫化三聯苯(SH-340 )是由不同比例的鄰、間、對三聯苯混合物部分氫化而得(飽和度為40%)，平均分子量為:252，外觀:微黃色透明油狀液體，凝固點低< _25°C，高溫下滲透性小，345°C條件下可液相操作，氫化三聯苯是目前最優質的液相高溫導熱油。[0030]本發明所制備的納米導熱油的納米粒子分散性好、懸浮穩定性高。與不添加納米粒子的導熱油相比，導熱系數明顯提高，使用溫度高達460°C，導熱油的壽命在3年以上。
[0031]本發明在加入納米粒子的同時在體系中加入適量的減阻劑，以減小流動阻力，本發明納米導熱油加熱傳熱效果好，控溫準確，并且輸送方便。
[0032]根據納米粒子量的多少，選擇機械攪拌或超聲波分散將其分散均勻；當納米粒子的量較少時，使用超聲波分散；當納米粒子的量較多時，使用機械攪拌使其分散均勻。
[0033]本發明中，當把所有組分總重量視為100份，包覆改性后的納米粒子所占重量份為3份，并且添加納米粒子的添加溫度為90°C時，效果最佳，所得高溫納米導熱油性能最好。
[0034]本發明中對納米粒子的包覆改性不受方法和條件的限制，本發明中的包覆改性，主要是使分散劑包覆到納米粒子上來改善納米粒子在有機導熱油基油中的分散性能，使其能均勻穩定地分散在導熱油基油中，形成均勻穩定的納米粒子懸浮液體體系，因此只要分散劑能牢固的包覆在納米粒子的表面即可。
[0035]由于納米粒子的粒徑在納米尺度時是受布朗力等力的作用，因此納米粒子的加入使得體系中懸浮的納米粒子作無規則行走擴散，熱擴散和布朗擴散等現象存在于體系中，納米粒子的微運動使得納米粒子和液體導熱油基體之間存在有微對流現象，這種微對流增強了納米粒子與液體之間的能量傳遞過程，從而增大了納米流體的導熱系數。[0036]由于本發明對納米粒子進行包覆改性，使得納米粒子在導熱油基體中的分散性較好，另外，本發明在制備過程中還加入了減阻劑氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽，解決了因加入納米粒子而使導熱油流動阻力增大的技術問題，本發明添加納米粒子的導熱油的導熱系統顯著提高，另外納米粒子微運動的加劇，也使得本發明導熱油在高溫時的導熱系數顯著提高，本發明導熱油的使用溫度高達460°C，并且壽命超過3年。
[0037]本發明導熱油在傳熱介質中具有熱穩定性好、傳熱速度快、加熱均勻、儲能量大的優點。
[0038]本發明非常適合用于太陽能光熱發電的高溫蓄熱傳熱系統。
【具體實施方式】
[0039]提供下述實施例是為了更好地進一步理解本發明，并不局限于所述最佳實施方式，不對本發明的內容和保護范圍構成限制，任何人在本發明的啟示下或是將本發明與其他現有技術的特征進行組合而得出的任何與本發明相同或相近似的產品，均落在本發明的保護范圍之內。
[0040]若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。本發明中多用的試劑，如無特殊說明，均為商業途徑獲得，或者以常規實驗方法配制；實施例中所用試驗方法，如無特殊說明，均為本領域技術人員熟知的常規試驗方法。
[0041]本發明實施例中所使用試劑的來源廠家和規格:
[0042]司盤85商購途徑獲得，購于江蘇省海安石油化工廠；
[0043]氫化三聯苯導熱油商購途徑獲得，購于蘇州東欣熱載體科技有限公司，型號:LD-340 ；
[0044]本發明其他化學試劑都是工業純級，商購途徑獲得，一般化學用品公司可以購買到。
[0045]實施例1.[0046]I)用氣相法制備出過量的銅納米粒子7kg。
[0047]2)取將步驟I)所得納米粒子3kg，將其分散在去離子水中，根據納米粒子量采用超聲波分散將其分散均勻。
[0048]3)加熱步驟2)含納米粒子的體系，溫度達條件60°C下，不斷攪拌并緩慢加入
0.5kg的分散劑司盤85進行包覆改性。持續40min后自然冷卻即制成改性納米粒子。
[0049]4) 15°C條件下將上述改性納米粒子分散到96kg的氫化三聯苯型導熱油中，邊加熱邊攪拌，逐漸升溫至100°c，保溫lh。
[0050]5)向步驟4)體系中加入減阻劑氯化十六烷基三甲基銨鹽0.5kg，繼續保溫攪拌2h,自然冷卻即制得氫化三聯苯型高溫納米導熱油。
[0051]實施例2飛.[0052]實施例2飛制備方法和個步驟的條件與實施例1相同，只是配方以及各組分的用量不同，其中實施例2飛配方以及個組分用量見表1。
[0053]表1.實施例2飛氫化三聯苯型高溫納米導熱油配方以及個組分用量列表
【權利要求】
1.一種氫化三聯苯型高溫納米導熱油，其特征在于，包括氫化三聯苯導熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導熱油中形成懸浮液型導熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。
2.根據權利要求1所述的導熱油，其特征在于，各組分的重量份配比為:氫化三聯苯導熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份；所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30。
3.根據權利要求2所述的導熱油，其特征在于，各組分的重量份配比為:氫化三聯苯導熱油94.9~99.899份；改性納米粒子0.1~5份；減阻劑0.001~0.1份。
4.根據權利要求3所述的導熱油，其特征在于，所述改性納米粒子所占重量份為3份。
5.根據權利要求4所述的導熱油，其特征在于，所述納米粒子選自納米銅、納米鋁、納米鐵、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種，所述納米粒子的平均粒徑為15nm。
6.根據權利要求1~5任一所述的導熱油，其特征在于，所述分散劑為親油的表面活性劑劑司盤85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
7.權利要求1~6任一所述導熱油在太陽能光熱發電的高溫蓄熱傳熱系統中的應用。
8.權利要求1~6任一所述導熱油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:1)用氣相法或固相法或化學氣相沉積法制備納米粒子； 2)取步驟I)所得納米粒子，將其分散在去離子水中，機械攪拌或超聲波分散使其分散均勻； 3)加熱步驟2)所得分散均勻的納米粒子，不斷攪拌下緩慢加入分散劑進行包覆改性，持續攪拌后，自然冷卻即得改性納米粒子； 4)O~180°C條件下，將步驟3)所得改性納米粒子分散到氫化三聯苯導熱油中，攪拌，于80°C~120°C溫度下，保溫； 5)加入減阻劑，繼續保溫攪拌后，自然冷卻，即得氫化三聯苯型高溫納米導熱油； 所述導熱油各組分重量份配比為:氫化三聯苯導熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份，所述分散劑與納米粒子的重量比為1: 0.05~0.30 ; 所述分散劑為親油性的表面活性劑劑司盤85，所述減阻劑劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述納米粒子的平均粒徑為15nm，所述納米粒子選自納米銅、納米招、納米鐵、納米二氧化娃、納米氧化鋅、納米三氧化二招、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述加入分散劑的溫度是50°C~100°C，所述持續攪拌的時間是30~60min ;步驟4)中所述保溫時間是I~2h ;步驟5)中，所述保溫時間是2~3h ;步驟4)中，分散所述改性納米粒子的溫度為90°C ;所述改性納米粒子所占重量份為3份。
【文檔編號】F24J2/34GK103923617SQ201310038891
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】曾智勇 申請人:深圳市愛能森科技有限公司