利用東湖淤泥制備中溫蓄熱材料的研究.pdf

1、目前能源的匱乏已經(jīng)成為全人類面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。不可再生的礦物能源一直作為人類賴以生存的主要能源，在未來的百年，甚至幾十年內(nèi)礦物能源就有可能消耗殆盡。大力開發(fā)新型清潔能源以及提高能源利用效率勢在必行。然而能源的供應與需求都具有較強的時間性，在很多情況下不能合理的利用，從而導致能源的大量浪費，例如在工業(yè)中就存在各種熱能回收再利用以提高能源利用效率的需求。湖北省武漢市湖泊眾多，為了改善湖泊生態(tài)需定期清淤工作。然而清淤產(chǎn)生的大量淤泥在露天污染

2、環(huán)境，影響城市景觀。針對以上能源及環(huán)境的兩大難題，本課題提出了以東湖淤泥為主要原料，研制東湖淤泥質(zhì)蜂窩陶瓷基體，封裝相變材料(PCM)，制備用于中溫段(80～250℃)使用的顯-潛熱蓄熱材料。既解決了淤泥的安全處置問題，同時又可實現(xiàn)能源的高效利用。
　　 本文以東湖淤泥、新密煅燒鋁礬土、桂廣滑石、α-Al2O3、碳化硅為主要原料，添加了適量的增塑劑，潤滑劑，經(jīng)過練泥、陳腐，采用擠出的方式制備了蜂窩陶瓷坯體，經(jīng)過燒成制備了東湖淤泥

3、質(zhì)蜂窩陶瓷基體材料。利用XRD、SEM等現(xiàn)代測試分析手段探討了樣品的不同配方組成以及制備工藝對樣品的性能與結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。在最佳配方B4的基礎上，設計了蜂窩陶瓷的封裝劑，探討了封裝劑與蜂窩陶瓷基體的相結(jié)合機理。以KNO3，NaNO3摩爾比為1∶1的混合鹽為相變材料，將其封裝入蜂窩陶瓷中。經(jīng)過若干次冷熱循環(huán)試驗，相變材料仍能完好地存留在蜂窩陶瓷內(nèi)部。計算了東湖淤泥質(zhì)蜂窩陶瓷-相變材料復合蓄熱材料的儲熱密度。
　　 對東湖淤泥的不同

4、添加量對蜂窩陶瓷基體的結(jié)構(gòu)、性能影響的研究表明，東湖淤泥的添加量越多，樣品的燒成溫度越低。B1配方中添加了58％的東湖淤泥，最佳燒成溫度為1140℃，Wa為1.03％，Pa為1.29％，D在2.24g·cm-3。經(jīng)過SEM和XRD分析表明B1樣品中含有大量的石英晶體和玻璃相，導致B1樣品抗熱震性較差。經(jīng)1360℃燒成的B4樣品性能較優(yōu)，其配方組成為東湖淤泥含量41％、新密煅燒鋁礬土含量16％、桂廣滑石含量28％、α-Al2O3含量15％

5、。Wa為6.14％，Pa為7.89％，D為2.20g·cm-3，抗折強度為67.46MPa。經(jīng)室溫～500℃冷熱循環(huán)（氣冷）30次后沒有開裂。熱震后強度為63.9MPa，強度損失率為5.28％。經(jīng)抗熱震機理研究表明，B4樣品的主晶相是堇青石、剛玉、鎂鋁尖晶石和石英。由于堇青石熱膨脹系數(shù)較小，具有優(yōu)異的抗熱沖擊能力，所以提高B4樣品的抗熱震能力。B4樣品可以滿足中溫蓄熱材料對于抗熱震性的要求。
　　 以B4樣品為基礎，添加碳化硅提

6、高熱導率的研究表明添加10％的碳化硅可顯著提高樣品的熱導率和抗折強度。未添加碳化硅的B4樣品的熱導率在36℃時為1.116 W·(m·K)-1，在300℃時為1.094W·(m·K)-1;添加了10％碳化硅的C2樣品熱導率在36℃時為1.854 W·(m·K)-1，在300℃時為1.789 W·(m·K)-1。對1360℃燒成的C2樣品進行熱膨脹系數(shù)測定，結(jié)果為5.15×10-6℃-1。對1360℃燒成的C2樣品進行抗折強度測試表明，添

7、加碳化硅可以提高樣品的強度，抗折強度為82.87MPa。
　　 在C2配方中添加增塑劑、潤滑劑，經(jīng)過練泥、陳腐，采用擠出成型制備了蜂窩陶瓷坯體。經(jīng)1360℃燒成，制備了東湖淤泥質(zhì)蜂窩陶瓷基體。利用東湖淤泥、新密煅燒鋁礬土、桂廣滑石、α-Al2O3和水玻璃制備了蜂窩陶瓷的封裝劑。采用KNO3，NaNO3摩爾比為1∶1的混合鹽作為相變材料，將其封裝在蜂窩陶瓷中。封裝方式為填充孔洞數(shù)的50％，填充孔洞容積的50％。封裝劑在空氣中硬化，