相变储能材料的研究

相变储能材料的研究

利用改性材料的适应性真热，开展能源储存和利用，促进节能环保材料的适应性开发，是近年来材料和能源利用领域的一个非常活跃的学科前哨。在众多的相变材料中,当温度在150℃以下时,无机水合盐是具有最大潜热的物质十水硫酸钠同大多数无机水合盐一样经多次加热熔化-冷却结晶的储放热过程后,会有析出晶体颗粒较大、相分离以及过冷现象,这种现象不仅导致储热能力大幅度下降,而且使得材料的使用寿命也会降低均匀设计是一种常用的软件,它可以根据实验自变量的个数、拟进行的实验次数来选取相应的表,这些变量在多维空间中分布的均匀性很好,从而可以在最少的实验中获得最大量的信息1实验1.1实验材料见表11.2仪器、设备和试药DC-1006低温恒温槽,上海恒平科学仪器有限公司;JJ-1型电动搅拌器,巩义市予华仪器有限公司;HWS24型电热恒温水浴锅,上海一恒科学仪器有限公司;TA1004电子天平。1.3纳米公共海外仓ld50法将一定量的十水硫酸钠置于烧杯中,在55℃恒温水浴中加热熔化,待全部熔化后,在500r/min搅拌下,慢慢加入羧甲基纤维素钠和纳米二氧化硅,搅拌10min,然后降低转速至300r/min,依次加入硼砂、十六烷基三甲基溴化铵、EDTA、聚丙烯酸钠、十六烷基磺酸钠,再均匀搅拌20min后,用塑料袋装袋密封,置于低温恒温槽中,25℃恒温冷却结晶。根据结块现象进行评价。为便于计算,每次实验的相变储能材料总量为100g。1.4样品的评估标准对实验样品结晶现象的评价方法见表2。2结果与讨论2.1钠的结晶效果采用均匀设计软件,选取硼砂、纳米二氧化硅、羧甲基纤维素钠、EDTA、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠作为原料,对上述7个变量进行均匀设计。根据文献及实验,得出7个自变量的取值范围(质量分数),见表3。采用7因素24水平24次实验的均匀设计U将均匀设计得到的结果用于实验,对十水硫酸钠的结晶效果进行评价。结晶效果数据中1代表结晶效果最差,10代表结晶效果最好,没有过冷、相分离和结块现象。分数越低表示结晶效果越差,分数越高表示结晶效果越好。2.2加信限的计算本实验主要考察有无过冷、结块及相分离现象,根据结晶效果的评分,并以此为因变量,选取7种物质为自变量,对上述实验数据和结果进行处理,建立回归方程如下:回归方程表示当自变量发生变化时,相应的因变量取值(Y)。实验方差分析结果见表5。由表5可见,当置信限α=0.17时,F统计值大于F(17,6),说明此回归方程是显著的,且F相关系数为0.9053284,此回归方程能很好地表达7个自变量与因变量的关系,即所选取的7种物质与结晶现象评分之间的关系。图1为回归方程拟合对比图,其中横坐标代表的是样本号,纵坐标代表因变量的值(Y),样本数值用空心圆表示,方程拟合值用实心圆表示,它们之间的垂直距离越小,表示实验值和方程拟合值越接近,即拟合精度越高。2.3不同变量之间的相互作用之间关系不同,2个自变量和量用均匀设计等值线图对7个自变量之间的相互关系进行考察。等值线图为多维空间中的一个剖面,改变初始条件,所选的多维空间中的剖面不同,变量间的关系也会相应发生变化。它表示当其它变量一定,2个自变量变化时,因变量的变化情况,可以看出对于相应的因变量,2个自变量之间是否有交互作用。图2~图5为7个自变量之间的协同作用对相变材料结晶效果的影响,其中数值越大的区域,相变材料的结晶效果越好。由图2可以看出,自变量X由图3可以看出,自变量X由图4可以看出,自变量X由图5可以看出,自变量X2.4结晶现象及稳定性根据上述7个自变量的取值范围,进行全排列优化。从优化结果可以得到最优配方。在全排列数据中选取3个预测性能较好、各自变量取值差别较大的数据进行实验验证,获得的优化配方见表6。对优化配方进行实验,将所得到的样品经反复加热熔化-冷却结晶过程,考察相变材料的结晶现象和结晶稳定性,结果见表7。从表7可以看出,经过多次加热熔化-冷却结晶后,第25由此得到最佳的十水硫酸钠相变材料配方为:硼砂1.15%,纳米二氧化硅1.54%,羧甲基纤维素钠1.53%,十六烷基三甲基溴化铵0.85%,EDTA0.26%,聚丙烯酸钠0.12%,十六烷基苯磺酸钠0.91%。依照此配方得到的十水硫酸钠相变材料结晶过程中无过冷、相分离和结块现象,并且多次加热冷却后结晶效果稳定。3几种辅助成分最佳配方的确定对以十水硫酸钠作为相变材料的各辅助成分进行了均匀设计,并建立了回归方程,对实验数据进行理论验证。考察了各个组分之间的协同作用,在相应的取值范围内,不同变量之间有不同程度的协同作用,对十水硫酸钠相变材料结晶现象有较大影响。采用全排列法进行均匀设计与优化实验,得到相变材料辅助成分的最佳配方为:硼砂1.15%,纳米二氧化硅1.54%,羧甲基纤维素钠1.53