利用添加剂降低石蜡熔点的研究.docVIP

利用添加剂降低石蜡熔点的研究王 越（西安文理学院 化学系， 陕西 西安 710065）摘要：用毛细管法测定了石蜡的凝固与熔解曲线和加入食品添加剂后熔点和凝固点的变化。结果表明，加入食品添加剂香精后凝固点有规律地降低，当香精加入的质量分数为3.3时，熔点降低约1.3；当加入10时，可降低3左右，即从50降低到46.7。该研究有可能解决空调冷凝排热的回收利用问题。关键词：石蜡熔点；食品添加剂；石蜡相变材料中图分类号：O645.2；TK02 文献标识码：A 文章编号：1000-274X(2004)0089-05为把空调冷凝热全部或部分回收利用，应寻找适宜的蓄热材料。相变蓄热材料应具备储能密度高、相变温度相对稳定，这样才能很好地解决这个问题1，2。我们研究了向石蜡中加入添加剂使熔点有规律降低，有望成为好的相变储热材料。1 相变蓄热材料的特点及石蜡的基本性质近年来，国内外对相变蓄热材料尤其是有机相变材料的研究比较多。石蜡因其优良的性能和较低的价格，作为一种相变材料越来越受到人们的重视，目前主要应用于太阳能蓄热、建筑储能以及区域供冷系统等。石蜡是炼制石油的副产品，价格较低廉，分类多，用途广泛。石蜡分为食品蜡、全精制石蜡、半精制石蜡和皂用蜡等大类，每一类又根据熔点分为52号、54号、56号、58号、60号、62号、64号、66号、68号、70号石蜡等。其外观为白色或淡黄色的结晶体，化学组成为多种烷烃的混合物，无确定的分子式，通式为CnH2n+2，式中的碳原子数n=1736，n越大，石蜡的熔点越高。石蜡一般的熔点在5272，相对密度为0.860.94 g/cm，分子质量约240450。2 用毛细管测定熔点、冷凝点2.1 石蜡熔点的测定原理物质熔点的测定有常用毛细管法和显微熔点测定仪法。显微熔点测定仪法可测定微量样品，能看到熔化前后的变化情况，所测熔点较准确。但是，这种方法所测样品必须要有一定的晶型，石蜡为无晶型样品，不宜用该法测定。毛细管法对晶型样品和无晶型样品均可测定，因此适宜测定石蜡的熔点。该法对样品的塌落、凹陷过程易于观察，所测熔点准确，且实验装置简单，易于操作。2.2 毛细管测熔点的方法把装好样品的毛细管用橡皮圈固定在温度计的一侧，让样品柱紧贴在温度计水银球的中央部位。然后，把温度计固定好，使温度计和样品管垂直悬浸在热水浴中。观察样品，出现塌落现象且伴有小液珠出现时，记录此时温度，即为熔点。最后，冷却水浴，观察记录石蜡凝固温度。熔点、凝固点重复测定几次 3。2.3 添加剂的选择石蜡作为相变蓄热材料，其熔解温度要和空调系统的冷凝温度相匹配。目前，市场上供应的石蜡熔点一般在50左右，而中央空调标准冷凝温度约为54.4，要直接利用石蜡作为蓄热材料需要降低其熔点。根据溶剂中加入溶质会降低溶剂熔点的理论，可在石蜡中加入一种添加剂使其熔点降低。考虑到对环境的安全，可选择食品添加剂。对添加剂的具体要求如下：添加剂必须与石蜡相溶，不能有分离或者是结晶产生；添加剂的熔点应低于石蜡；添加剂无毒、无害；价格便宜。按照以上要求，我们选择了食品添加剂香精、月桂酸作为石蜡添加剂进行研究（见表1）。表1 添加剂的性质Fig.1 Properrties of food additives品 名熔 点性 质价 格香精常温下液态，与石蜡相溶￥15.0元/500mL月桂酸44白色或淡黄色结晶固体或粉末，有光泽和特殊气味，几乎不溶于水，溶于乙醇、氯仿和乙醚￥19.0元/100g3 结果及分析3.1 石蜡的熔解、凝固特性以52号工业石蜡为基本原料，用毛细管法测试其熔解、凝固特性（见图1），可以看出石蜡凝固点约49.7，熔解范围4549；45以下为固体的吸热过程，49以上石蜡全部变为液体。图1 石蜡凝固和熔解特性曲线Fig.1 The curve of wax melting solidify and dissolve3.2 食品添加剂对石蜡熔点、凝固点的影响以52号工业石蜡为基本原料，改变食品添加剂（香精、月桂酸）的质量分数，用毛细管法测定石蜡的组成-凝固点相图如图2、相变温度如表2、3所示。2.04.06.08.010.00404244464850T/香精月桂酸添加剂质量分数/%图2 组成-凝固点相图Fig.2 Composition-solidifying point 表2 加入香精后石蜡的凝固相变温度Tab.2 Temperature of solidifying phase change of wax质量分数/%01.03.336.6710.0凝固相变温度/50.049.548.747.646.7表3 加入月桂酸后石蜡的凝固相变温度Tab.3 Temperature of solidifying phase change of wax质量分数/%02.55.07.510.0凝固相变温度/50.048.147.647.046.3从表2中可见，加入不同量的香精，石蜡的凝固点随着加入量的增加呈下降趋势，即香精量越高，石蜡的凝固点越低。当香精加入质量分数为1时，石蜡凝固点降低约0.5；当香精质量分数为10时，熔点可降低约3，即从50降低至46.7。从表3可见，石蜡的凝固点随着月桂酸加入量的增加呈下降的趋势，即月桂酸的含量越高，石蜡的凝固点越低。当石蜡中月桂酸质量分数为2.5时，凝固点降低约1.9；当月桂酸质量分数为10时，凝固点降低约3，即从50降低到46.3。经测定，石蜡的熔点为4951，这个熔解温度与空调系统的冷凝温度不相匹配，而市场上供应石蜡的熔点一般在50以上。因此，要直接利用石蜡蓄热需要降低其熔点。向石蜡中加入食品添加剂（月桂酸，香精）后其熔点有所下降，并随着添加剂加入量的增多其熔点下降的趋势越大，即石蜡混合物的的熔点越低。石蜡蓄热材料相变潜热大，一般不过冷，不析出，性能稳定，无腐蚀且价格最低，是一种较好的空调蓄热材料，但从价格考虑应选香精作为添加剂。4 结 论实验证明，作为相变蓄热材料，石蜡加入香精后，熔点有显著的降低，可满足空调系统回收利用热能的需要，为解决空调冷凝排热问题提供了一个新途径。参考文献：1谭志宣. 国内常规能源的发展趋势J. 能源工程，2000，(5)：1-3.2王剑峰. 相变储热研究进展相变材料特性与储热系统优化J. 新能源，2000，22,（3）：31-35.3曾昭琼. 有机化学实验M. 北京：高等教育出版社，2001.（编 辑 张银玲） Research on using food additive to decrease wax melting pointWANG Yue(Department of Chemistry, Xian University of Arts and Science,Xian, 710065,China)Abstract: The thermal properties of wax heat-storage materials, the condensation and dissolution curves are studied. A capillary tube is used to measure the curves of wax condensation and dissolution and the change of melting and condensation point after food additive being added. The result shaws:The condensation point decreases regularly after additive is added. When the percentage of flavouring essence additive is 3.3%, the melting point decreases about 1.3; when the additive percentage reaches 10%, the melting point decreases about 3, that is from 50 down to 46.7. This means it is possible to solve the problem of reclamation of cooling and condensation of heat for air conditioning system.Key words: wax melting；food additive；wax as phase change materials作 者 简 介王 越，女，陕西西安人，生于1966年1月。1987年7月毕业于陕西师范大学化学系，现为西安文理学院讲师。从事化学基础课教学工作，讲授过无机化学、分析化学、仪器分析等课程，并积