一種功能化石墨烯復合熔鹽及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功能化石墨烯復合熔鹽及其制備方法。所述功能化石墨烯復合熔鹽，包括功能化石墨烯和熔鹽，所述功能化石墨烯與熔鹽的質量比為01∶100～20∶100。本發(fā)明功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，包括如下步驟：(1)將氧化石墨烯加入到去離子水中超聲分散，加入氫氧化物水溶液，反應后分離得到功能化石墨烯；(2)將熔鹽和功能化石墨烯按質量比加熱混合；(3)冷卻制得功能化石墨烯復合熔鹽。本發(fā)明制得的功能化石墨烯復合熔鹽熱傳導率高，儲熱密度大，制備工藝簡單，生產成本低。
【專利說明】
一種功能化石墨烯復合熔鹽及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于熔鹽技術領域，具體涉及一種功能化石墨烯復合熔鹽及其制備方法。
【背景技術】
[0002]水、有機流體、煙氣和空氣占據能源利用、熱傳遞應用領域的90%，但由于它們熱傳遞系數小，使用溫度低等原因，在某些領域范圍受到限制。熔鹽不僅可以在高溫(多500°C)時使用，而且具有良好的熱傳遞和穩(wěn)定性，在化學、石化、太陽能電池及冶金等行業(yè)得到廣泛應用。熔鹽儲熱材料主要有碳酸鹽、氯化鹽、氟化鹽和硝酸鹽等，其中硝酸鹽的性能最為適合作熔鹽儲熱材料，因此硝酸熔融鹽在傳熱蓄熱應用中較為常見。目前對于硝酸熔鹽作為傳熱蓄熱介質主要有以下幾個方面的研究，如硝酸熔鹽材料的熔點、潛熱、導熱率、體積膨脹率、上限使用溫度等物化性質、硝酸熔鹽熱穩(wěn)定性和熱力學等，硝酸熔鹽作為傳熱蓄熱介質在太陽能光、熱發(fā)電和太陽能制氫中的應用，以及硝酸熔鹽材料特性對硝酸熔鹽在太陽能光熱發(fā)電、太陽能制氫、橡膠鹽浴硫化等方面流動性能及熱量交換的影響等。近年來，隨著對熔鹽儲熱材料的研究深入，國內外學者利用復合手段制備出了性能優(yōu)異的熔鹽復合材料，包括熔鹽-陶瓷基復合材料、熔鹽-金屬基復合材料、熔鹽-膨脹石墨復合材料等。該類熔鹽復合材料由于熱傳導率高、儲熱密度大，受到業(yè)界的廣泛關注。將泡沫鎳(金屬基)與碳酸鹽復合，得到新型的熔鹽-金屬基復合材料，研究發(fā)現金屬鎳的加入提高了碳酸鹽的蓄熱密度和導熱系數。將膨脹石墨與硝酸鉀、硝酸鈉的二元熔鹽復合，通過冷壓制備了熔鹽-膨脹石墨復合材料，研究結果表明，膨脹石墨的加入使與二元熔鹽的導熱率提高了 15%?20%，且該復合材料的儲能密度高，可循環(huán)使用。因此，利用復合技術制備高性能的熔鹽復合材料是當前研究的熱點之一。
[0003]石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，具有高強度、高導電率、高導熱率和高比表面積等特性，其中單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK。由氧化法制得的氧化石墨烯作為石墨烯的重要衍生物，其結構和性質與石墨烯基本相同，由于其表面含有一定量的羥基、羧基、環(huán)氧基等，除主要的導熱性能優(yōu)良外，還具有一些其他獨特性質。利用功能化石墨烯復合熔鹽制備新型的復合儲熱材料，通過改變功能化石墨烯的含量、表面性能等，提高其在熔鹽中的分散性，改善熔鹽各項性能，從而擴大其應用范圍，為實現熔鹽傳熱蓄熱材料的高性能化提供了一種新的途徑。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明主要是解決現有技術所存在的問題，提供一種熱傳導率高，儲熱密度大，工藝簡單，生產成本低的功能化石墨烯復合熔鹽及其制備方法。
[0005]本發(fā)明公開了一種功能化石墨烯復合熔鹽，包括功能化石墨烯和熔鹽，所述功能化石墨烯與熔鹽的質量比為0.1: 100?20:100(1/1000?1/5)。
[0006]作為優(yōu)選，所述熔鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰、硝酸鈣、硝酸鋁中兩種或兩種以上混合物。
[0007]作為優(yōu)選，所述功能化石墨烯為氧化石墨烯、鈉化石墨烯、鉀化石墨烯、鋰化石墨烯、鈉-鉀化石墨烯、鉀-鋰化石墨烯或鈉-鋰化石墨烯。
[0008]本發(fā)明還公開了一種功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，包括如下步驟:(I)將氧化石墨烯加入到去離子水中超聲分散，加入氫氧化物水溶液，反應后分離得到功能化石墨烯；(2)將熔鹽和功能化石墨烯按質量比加熱混合;(3)冷卻制得功能化石墨烯復合熔鹽。
[0009]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中，超聲分散時間為2小時，加入氫氧化物水溶液，調節(jié)反應液的pH值為8?10，常溫攪拌3?8小時，分離得到功能化石墨烯。
[0010]作為優(yōu)選，所述氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰中的一種或兩種混合物。進一步優(yōu)選，其中氫氧化鈉和氫氧化鉀混合物中氫氧化鈉與氫氧化鉀的質量比為100/10?100/50，氫氧化鉀和氫氧化鋰混合物中氫氧化鉀與氫氧化鋰的質量比為100/10?100/50，氫氧化鈉和氫氧化鋰混合物中氫氧化鈉與氫氧化鋰的質量比為100/10?100/50。
[0011]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，將熔鹽干燥后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，按質量比加入功能化石墨烯，超聲攪拌2?10小時。
[0012]作為優(yōu)選，所述熔鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰、硝酸鈣、硝酸鋁、亞硝酸鈉中兩種或兩種以上混合物。
[0013]本發(fā)明帶來的有益效果是:
[0014]本發(fā)明制得的功能化石墨烯復合熔鹽具有熱傳導率高、儲熱密度大，可循環(huán)重復使用的優(yōu)勢。通過功能化改性對石墨烯進行化學修飾，制得多種堿金屬功能化的石墨烯材料。石墨烯的離子化作用，增加了其表面的極性，有利于其在熔鹽中的分散性，從而提高了功能化石墨烯對熔鹽熱物性的影響。本發(fā)明所述的功能化石墨烯復合熔鹽中石墨烯片層的阻隔作用改善了熔鹽的熱穩(wěn)定性能，提高了熔鹽的上限使用溫度。片狀的石墨烯材料具有大的比表面積和高導熱率，在熔鹽中加入石墨烯材料提高了熔鹽熱傳導性能。本發(fā)明所述的功能化石墨烯復合熔鹽適用范圍廣、熱傳導效果好、性能穩(wěn)定;本發(fā)明所述的功能化石墨烯復合熔鹽制備操作簡便，成本低廉，易于工業(yè)化生產。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0016]實施例1
[0017]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化鈉的水溶液，調節(jié)反應液的PH值至8，常溫攪拌反應8小時，分離得功能化石墨烯，收率為98.1 %。將60 %硝酸鉀、30 %硝酸鈉、9 %硝酸鋰組成的混合物放在120 0C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，再加入功能化石墨烯，功能化石墨烯與熔鹽的質量比為0.1:100，超聲并攪拌混合2小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為0.934W/mK。
[0018]實施例2
[0019]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鈉和氫氧化鉀混合物，氫氧化鈉與氫氧化鉀的質量比為100: 50，反應液的pH值為10，反應時間為3小時，收率為96.8%。將57%硝酸鉀和43%硝酸鈉組成的混合物放在120°C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至恪鹽恪化，再加入功能化石墨稀，功能化石墨稀與恪鹽的質量比為0.1: 100，超聲并攪拌混合10小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為0.516ff/mK。
[0020]實施例3
[0021]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鈉和氫氧化鋰混合物，氫氧化鈉與氫氧化鋰的質量比為100: 10，反應液的pH值為9.5，反應時間為5小時，收率為98.3%o將53 %硝酸鈉、7 %硝酸鉀和40 %亞硝酸鈉組成的混合物放在120°C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，再加入功能化石墨烯，功能化石墨烯與熔鹽的質量比為5:100，超聲并攪拌混合7小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為1.226W/mK。
[0022]實施例4
[0023]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鈉和氫氧化鋰混合物，氫氧化鈉與氫氧化鋰的質量比為100.0:10.0，反應液的pH值為9.5，反應時間為5小時，收率為98.3 %。將44%硝酸鈉、16 %硝酸鉀、33 %亞硝酸鈉和7 %硝酸鈣組成的混合物放在120 0C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，再加入功能化石墨烯，功能化石墨烯與熔鹽的質量比為20:100，超聲并攪拌混合5小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為4.312W/mK。
[0024]實施例5
[0025]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鋰，反應液的pH值為10，反應時間為4小時，收率為93.8 %。將30 %硝酸鈉和70 %硝酸鉀組成的混合物放在120 0C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，再加入功能化石墨烯，功能化石墨烯與熔鹽的質量比為12.5:100，超聲并攪拌混合6.5小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為2.496W/mK。
[0026]實施例6
[0027]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鉀和氫氧化鋰混合物，氫氧化鉀與氫氧化鋰的質量比為100: 35，反應液的pH值為8.5，反應時間為6小時，收率為95.2%。將45%硝酸鈉和55%硝酸鋰組成的混合物放在120°C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至恪鹽恪化，再加入功能化石墨稀，功能化石墨稀與恪鹽的質量比為0.5:100，超聲并攪拌混合6.5小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為0.875W/mK。
[0028]實施例7
[0029]在10mL去離子水中加入Ig氧化石墨烯超聲分散2小時，滴加1.0mol/L氫氧化物的水溶液，氫氧化物為氫氧化鉀，反應液的pH值為9，反應時間為7小時，收率為97.4%。將53%硝酸鈉、14 %硝酸鉀、27 %亞硝酸鈉和6 %硝酸鈣組成的混合物放在120 0C烘箱內烘干12小時，經機械混合后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，再加入功能化石墨烯，功能化石墨烯與熔鹽的質量比為3.5:100，超聲并攪拌混合8.5小時，冷卻后碾磨至粉狀，制得功能化石墨烯復合熔鹽，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率為I.149W/mK。
[0030]本發(fā)明的熱傳導率測定:采用瞬態(tài)雙熱線法，利用DRE-2A導熱系數測試儀(湘潭市儀器儀表有限公司，湖南)，測得功能化石墨烯復合熔鹽的熱傳導率。
[0031]本發(fā)明制備的功能化石墨烯復合熔鹽熱傳導率高，儲熱密度大，可循環(huán)重復使用。制備工藝簡單，生產成品低，可廣泛應用于化學、石化、太陽能電池及冶金等行業(yè)，
[0032]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種功能化石墨烯復合熔鹽，其特征在于包括功能化石墨烯和熔鹽，所述功能化石墨烯與熔鹽的質量比為0.1: 100?20:100。2.根據權利要求1所述的一種功能化石墨烯復合熔鹽，其特征在于所述熔鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰、硝酸鈣、硝酸鋁中兩種或兩種以上混合物。3.根據權利要求1所述的一種功能化石墨稀復合恪鹽，其特征在于所述功能化石墨稀為氧化石墨烯、鈉化石墨烯、鉀化石墨烯、鋰化石墨烯、鈉-鉀化石墨烯、鉀-鋰化石墨烯或鈉-鋰化石墨烯。4.一種功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，其特征在于包括如下步驟:(I)將氧化石墨烯加入到去離子水中超聲分散，加入氫氧化物水溶液，反應后分離得到功能化石墨烯；(2)將熔鹽和功能化石墨烯按質量比加熱混合;(3)冷卻制得功能化石墨烯復合熔鹽。5.根據權利要求4所述的一種功能化石墨稀復合恪鹽的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中，超聲分散時間為2小時，加入氫氧化物水溶液，調節(jié)反應液的pH值為8?10，常溫攪拌3?8小時，分離得到功能化石墨稀。6.根據權利要求4所述的一種功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，其特征在于所述氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰中的一種或兩種。7.根據權利要求4或5所述的一種功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中，將熔鹽干燥后，置于帶超聲和攪拌裝置的加熱器中，升溫至熔鹽熔化，按質量比加入功能化石墨稀，超聲攪拌2?10小時。8.根據權利要求4所述的一種功能化石墨烯復合熔鹽的制備方法，其特征在于所述熔鹽為硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰、硝酸鈣、硝酸鋁、亞硝酸鈉中兩種或兩種以上混合物。
【文檔編號】C09K5/12GK106010466SQ201610076520
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年1月31日
【發(fā)明人】劉義林, 黃國波, 項軍偉
【申請人】浙江百納橡塑設備有限公司