相變儲(chǔ)能物質(zhì)（C-,n-H-,2n+1-NH-,3-）-,2-MnCl-,4-的研究及聚乙二醇復(fù)合儲(chǔ)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(guó)家的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。目前，世界各國(guó)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(fèi)，使得能源的供給漸趨緊張，有枯竭的危險(xiǎn)。以石油和煤為主的能源消耗給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的污染。因此世界各國(guó)把研究開發(fā)新的清潔能源，高效而經(jīng)濟(jì)地利用能源資源和能量的存儲(chǔ)再生作為關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大問題。這些都促進(jìn)了儲(chǔ)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(guó)的研究熱點(diǎn)之一。 相變儲(chǔ)

2、能材料是利用相變將太陽(yáng)能、地?zé)崮芎陀酂崮芪沾鎯?chǔ)，在適當(dāng)?shù)臈l件下再釋放出來(lái)的一種儲(chǔ)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(yīng)用前景。該研究在歐美等國(guó)家七十年代已經(jīng)開始，國(guó)內(nèi)八十年代也開始進(jìn)行初步研究?？紤]到遴選儲(chǔ)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(wú)相分離等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。本論文選擇了具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)潛力的固-固相變儲(chǔ)能材料—有機(jī)金屬化合物四鹵合金屬(Ⅱ)酸二烷基銨作為研究對(duì)象

3、，其通式為(n-CnH2n+1NH3)2MX4，[簡(jiǎn)稱CnMX，其中M=Mn，Cu，Zn，Co…，X=Cl，Br，I]，對(duì)其純物質(zhì)及其二元體系的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為選擇合適的儲(chǔ)能材料提供理論依據(jù)；繪制了其二元體系的相圖，為實(shí)際應(yīng)用提供有價(jià)值的參考；并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)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(yīng)用方面，進(jìn)行了復(fù)合儲(chǔ)能材料的制備以及儲(chǔ)熱性能的實(shí)驗(yàn)。 第一部分的工作是首先制備了一系列的有機(jī)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(gè)二元體系，采用元素分析和紅外光譜技術(shù)對(duì)純樣進(jìn)行了表征。然后對(duì)其結(jié)構(gòu)和相變機(jī)理進(jìn)行了分析，以便更深入的探究不同有機(jī)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(duì)純樣及其二元體系的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行了詳細(xì)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(chǔ)熱性能：轉(zhuǎn)變焓高、不揮發(fā)、過冷程度輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)熱。 第三部分的工作主要是對(duì)兩個(gè)CnMnCl二元體系的相圖的繪制及研究。利用三種實(shí)驗(yàn)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(cè)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(jī)理。 研究表明這兩個(gè)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(diǎn)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(duì)相圖的形式形成影響。相圖所提供的熱力學(xué)信息對(duì)實(shí)際選擇合適的儲(chǔ)能物質(zhì)有指導(dǎo)意義。 第四部分的工作主要是測(cè)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(dòng)力學(xué)方程Kissinger法和Ozawa法計(jì)算固-固相變過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)—活化能(Ea)和反應(yīng)級(jí)數(shù)(n)，并分析比較兩種動(dòng)力學(xué)處理方法和計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明它們的固-固相變均為一級(jí)過程，所得計(jì)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(dāng)碳原子數(shù)為14時(shí)，達(dá)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(duì)較低，因此，從動(dòng)力學(xué)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(yīng)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(chǔ)能物質(zhì)聚乙二醇(1000)復(fù)合到棉布和棉花上，對(duì)復(fù)合后得到的兩種儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明不僅將PEG1

9、000復(fù)合到了棉布和棉花上，而且其循環(huán)儲(chǔ)熱性能良好。動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)果：復(fù)合后材料的表觀活化能Ea較純PEG1000要稍大，也說(shuō)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(xué)和動(dòng)力學(xué)更深入的研究固-固相變過程，為固-固相變儲(chǔ)能物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)，添補(bǔ)這方面數(shù)據(jù)的不足。采用了多種實(shí)驗(yàn)手段，其中用變溫紅外研究相變是近年來(lái)較新的測(cè)試方法，對(duì)揭示相變機(jī)理有重要