Композитная технология хранения тепла с фазовым переходомпозволяет избежать многих недостатков методов аккумулирования явного тепла и тепла с фазовым переходом за счет объединения обоих методов. В последние годы эта технология стала горячей точкой исследований как внутри страны, так и за рубежом. Однако традиционные материалы каркасов, используемые в этой технологии, обычно представляют собой природные минералы или их вторичные продукты. Крупномасштабная добыча или переработка этих материалов может нанести ущерб местной экосистеме и потребовать значительного количества ископаемой энергии. Чтобы смягчить это воздействие на окружающую среду, твердые отходы можно использовать для производства композитных материалов, аккумулирующих тепло с фазовым переходом.
Карбидный шлак, твердые промышленные отходы, образующиеся при производстве ацетилена и поливинилхлорида, в Китае превышает 50 миллионов тонн в год. Нынешнее применение карбидного шлака в цементной промышленности достигло насыщения, что привело к его крупномасштабному накоплению под открытым небом, захоронению отходов и сбросам в океан, что нанесло серьезный ущерб местной экосистеме. Существует острая необходимость изучения новых методов использования ресурсов.
Чтобы решить проблему крупномасштабного потребления промышленных отходов карбидного шлака и подготовить низкоуглеродистые и недорогие композитные теплоаккумулирующие материалы с фазовым переходом, исследователи из Пекинского университета гражданского строительства и архитектуры предложили использовать карбидный шлак в качестве материала каркаса. Они использовали метод спекания холодным прессованием для приготовления композитных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом Na₂CO₃/карбидный шлак, следуя шагам, показанным на рисунке. Были приготовлены семь образцов композитного материала с фазовым переходом с различными соотношениями (NC5-NC7). Учитывая общую деформацию, утечку расплавленной соли на поверхность и плотность теплоаккумулирования, хотя плотность теплоаккумулирования образца NC4 была самой высокой среди трех композиционных материалов, он показал небольшую деформацию и утечку. Таким образом, было установлено, что образец NC5 имеет оптимальное массовое соотношение для композитного теплоаккумулирующего материала с фазовым переходом. Впоследствии команда проанализировала макроскопическую морфологию, характеристики аккумулирования тепла, механические свойства, микроскопическую морфологию, циклическую стабильность и совместимость компонентов композитного теплоаккумулирующего материала с фазовым переходом, придя к следующим выводам:
01Совместимость между карбидным шлаком и Na₂CO₃ хорошая, что позволяет карбидному шлаку заменить традиционные природные каркасные материалы при синтезе композитных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом Na₂CO₃/карбидный шлак. Это облегчает крупномасштабную переработку ресурсов карбидного шлака и обеспечивает низкоуглеродное и недорогое приготовление композитных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом.
02Композитный теплоаккумулирующий материал с фазовым переходом с превосходными характеристиками может быть получен с массовой долей карбидного шлака 52,5% и материала с фазовым переходом 47,5% (Na₂CO₃). Материал не деформируется и не протекает, имеет плотность теплоаккумулирования до 993 Дж/г в диапазоне температур 100-900°С, прочность на сжатие 22,02 МПа, теплопроводность 0,62 Вт/(м·К). ). После 100 циклов нагрева/охлаждения характеристики сохранения тепла образца NC5 остались стабильными.
03Толщина слоя пленки материала с фазовым переходом между частицами каркаса определяет силу взаимодействия между частицами каркасного материала и прочность на сжатие композитного теплоаккумулирующего материала с фазовым переходом. Композитный теплоаккумулирующий материал с фазовым переходом, приготовленный с оптимальной массовой долей материала с фазовым переходом, демонстрирует лучшие механические свойства.
04Теплопроводность частиц каркасного материала является основным фактором, влияющим на эффективность теплопередачи композитных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом. Проникновение и адсорбция материалов с фазовым переходом в пористой структуре частиц каркасного материала улучшают теплопроводность частиц каркасного материала, тем самым улучшая характеристики теплопередачи композиционного теплоаккумулирующего материала с фазовым переходом.
Время публикации: 12 августа 2024 г.