基于熱力學(xué)模型的Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-H2O體系的相圖研究及相關(guān)相變儲能材料的設(shè)計.pdf

1、隨著礦物資源的不斷消耗以及環(huán)境污染問題的頻現(xiàn)，人們越來越意識到可再生能源的開發(fā)以及能源高效利用的重要性。相變儲能材料(Phasechangematerial，即PCM)因其在相變過程中能夠儲存或釋放潛熱，并維持在相對恒定的溫度，可以有效緩解能量供求在時間和空間上失衡的矛盾，提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境，而受到世界各國的廣泛關(guān)注。熔鹽水化物相變儲能材料是其中最具廣泛應(yīng)用前景的相變材料之一，能否開發(fā)出價廉、安全、高性能且溫度適宜的新型相變材料

2、是其應(yīng)用于實際的前提和基礎(chǔ)。現(xiàn)有的“配方法”尋找相變材料不僅耗時耗材，而且不易找到真正的共晶點。結(jié)合熱力學(xué)模型構(gòu)建相關(guān)體系完整相圖，找到該體系的共晶點，是開發(fā)新型熔鹽水化物相變儲能材料高效、快捷的途徑?；趦α控S富、價格低廉且熱焓值較高的鈣鎂鹽，本文對三元體系Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-H2O的溶解度相圖進(jìn)行深入研究，并利用熱力學(xué)模型對含有鈣、鎂硝酸鹽的相關(guān)體系所存在的潛在相變儲能材料進(jìn)行開發(fā)研究，以得到溫度適宜的共晶點。本文的

3、主要內(nèi)容如下:
　　(1)為了準(zhǔn)確獲取Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-H2O體系的溶解度數(shù)據(jù)，對混合溶液中鈣鎂含量準(zhǔn)確測定的分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在經(jīng)典分析方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用EDTA質(zhì)量滴定法測定鈣鎂總量，用草酸鈣沉淀法從鎂中定量分離鈣，然后運用差減法計算出鎂的含量。實驗結(jié)果表明，當(dāng)混合溶液中鎂鈣的質(zhì)量比未超過10∶1時，鈣、鎂分析結(jié)果的相對誤差可以控制在±0.4％之內(nèi)，此方法較經(jīng)典的分析方法準(zhǔn)確度高，符合溶解度數(shù)據(jù)

4、的精度要求。
　　(2)對于各文獻(xiàn)報道的三元體系Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-H2O的溶解度數(shù)據(jù)比較零散，且彼此之間存在著一定的差異，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有待商榷。本文用等溫溶解度相平衡的方法準(zhǔn)確測定三元體系Ca(NO3)2-Mg(NOa)2-H2O在273.15K、298.15K和323.15K的溶解度，并繪制出相應(yīng)溫度下的溶解度相圖。從相圖上看，三元體系Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-H2O在273.15K、298.15K時

5、的等溫溶解度有2段分支，共飽點對應(yīng)的固相均是Ca(NO3)2·4H2O+Mg(NO3)2·6H2O。與文獻(xiàn)值進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值也不盡相同。在323.15K時，由于體系溶解度的增加，粘度的增大，無法用實驗手段測進(jìn)行取樣分析，僅得到了相應(yīng)固相為Mg(NO3)2·6H2O的部分溶解度數(shù)據(jù)及二元體系Ca(NO3)2-H2O的溶解度。
　　(3)利用修正的BET模型，在僅有二元參數(shù)的情況下計算三元體系Ca(NO3)2-Mg(NO

6、3)2-H2O的等溫溶解度。結(jié)果表明隨著溫度的增加，計算值與實驗數(shù)據(jù)的偏差增大。為了獲得更準(zhǔn)確的相圖，由本文實驗測得的等溫溶解度數(shù)據(jù)，擬合出鹽-鹽相互作用參數(shù)ΩAB，結(jié)合二元參數(shù)和鹽-鹽相互作用參數(shù)，重新計算得到該體系在273.15K、298.15K和323.15K的等溫溶解度。同時也預(yù)測了該體系在273.15K～373.15K的完整相圖，并對已有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單評估。結(jié)果表明計算值與本文實驗數(shù)據(jù)吻合的很好，具有一定的可靠性。

7、　　(4)利用修正的BET模型，結(jié)合相關(guān)體系的二元參數(shù)及三元參數(shù)，在完全缺乏四元體系Ca(NO3)2-Mg(NO3)2-LiNO3-H2O實驗數(shù)據(jù)的情況下，預(yù)測了該體系的相圖，得到一組成（按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）為Ca(NO3)2·4H2O:48.3％，Mg(NO3)2·6H2O:14.7％，LiNO3·3H2O:37％，相變溫度為291K的三元共晶點。并對模型預(yù)測的潛在共晶點組成材料進(jìn)行儲放熱性能研究，包括熔化結(jié)晶行為和DSC測試，同時選擇其他