KAl(SO4)2·12H2O复合体系的相变特性

科研开发

2019·04

182

Chenmical Intermediate

当代化工研究

KAl(SO 4)2·12H 2O 复合体系的相变特性

＊林伊　林玉琼　温辉　陈景乐　黄家玲　颜源凤　郭慈绵　曾颖

（韩山师范学院　广东　521041）

摘要：本文主要研究了KAl(SO 4)2·12H 2O复合体系的相变特性，研究表明，KAl(SO 4)2•12H 2O和MgSO 4•7H 2O体系相变温度为70℃左右，没有

出现明显的相分离现象，加入石墨可以提高体系的导热性。通过TGA曲线发现，当其质量比为5:5时，复合体系具有更高的耐热性和较强的热储存能力，但其热稳定性较差。在KAl(SO 4)2•12H 2O和Na 2HPO 4•12H 2O体系中，加入二氧化硅和石蜡后的复合体系相变温度略有提升，降温冷却过程中两种体系降温平台为65℃。而TGA曲线显示，KAl(SO 4)2•12H 2O与Na 2HPO 4•12H 2O复合体系的在68℃开始出现质量损失，99℃质量损失完毕，而在该复合体系中加入少量石蜡和二氧化硅时，体系的热稳定性较差。关键词：复合体系；成核剂；失重分析；TGA曲线

中图分类号：O 文献标识码：A

Phase Change Characteristics of KAl(SO 4)2·12H 2O Composite System

Lin Yi, Lin Yuqiong, Wen Hui, Chen Jingle, Huang Jialing, Yan Yuanfeng, Guo Cimian, Zeng Ying

(Hanshan Normal University, Guangdong, 521041)

Abstract ：This paper mainly studied the KAl (SO 4)2 · 12H 2O phase transition characteristics of complex system, research has shown that KAl

(SO 4)2 · 12H 2O and MgSO 4 ·7H 2O system phase transition temperature is 70 ℃or so, there are no obvious phase separation phenomenon, to join the graphite can improve the system of the thermal conductivity. According to the TGA curve, when the mass ratio is 5:5, the composite system has higher heat resistance and stronger heat storage capacity, but its thermal stability is poor. In the KAl (SO 4)2 · 12H 2Oand Na 2HPO 4· 12H 2Osystem, add the silica and paraffin composite system after the phase change temperature slightly ascending, two kinds of cooling system in the process of cooling cooling platform is 65 ℃. And TGA curves, according to KAl (SO 4)2 · 12H 2O and Na 2HPO 4· 12H 2O complex system of quality loss, began to appear in the 68 ℃ , 99 ℃ quality loss, and add a small amount of paraffin in the composite system and silica, poor thermal stability of system.

Key words ：composite system ；nucleating agent ；weightlessness analysis ；TGA curves

1.引言

储能相变材料是利用物质在发生相变时来进行能量的吸收和储存，必要时再将能量释放出来加以利用的一种材料，能有效地解决能源在时间和空间上分配不均的问题，被广泛应用于建筑供暖，余热回收利用、太阳能、电力的“移峰填谷”等领域。其中无机复合相变材料因其具有更好的储热性和导热性，而成为近年来的研究热点。KAl(SO 4)2·12H 2O ， Na 2HPO 4·12H 2O ，Mg(SO 4)2·7H 2O三种无机水合盐都可以利用其吸热时结晶水的析出和冷凝时的重结晶来实现能量的储存和释放。但其单独组分在相变的过程中存在严重的过冷现象和相分离问题，导致能量不能很好得释放出来，因而限制 了应用。本文主要研究了KAl(SO 4）2•12H 2O和Na 2HPO 4·12H 2O， KAl(SO 4）2•12H 2O和Mg(SO 4)2·7H 2O两种复合无机相变体系，通过观察两种体系在实验过程所产生的实验现象，记录一系列升温数据和降温数据，绘制升温曲线和降温曲线并结合分析热重分析仪（TGA）测试出的热失重曲线，从而研究复合相变体系的相变特性。并进一步研究复合相变体系所产生的过冷和相分离问题，提高复合体系的导热性。

2.实验及数据分析

(1)实验方法

原料 K Al(SO 4)2·12H 2O、 N a 2HPO 4·12H 2O、MgSO 4·7H 2O、石墨均为分析纯试剂。石蜡为实验试剂，二氧化硅为化学纯试剂，热重分析仪型（DTG-60日本岛津）。实验中先把相变材料放入三颈烧瓶中，其次再将装有相变材料的三颈烧瓶放入恒温水浴锅中加热（Tw>Tm，其中Tm为相变材料的相变温度），前期根据相变材料初步熔化，完全熔化，初步结晶，完全结晶四种状态记录下相应的温度数据，并记录一系列升

温数据和降温数据绘制升温曲线和降温曲线进行分析。然后根据热重分析仪测试其失重数据进行热失重曲线的描绘，从而进行相变材料失重数据分析。

(2)实验数据分析

①KAl(SO 4)2•12H 2O和不同比例MgSO 4•7H 2O升温与降温分析图1和图2分别为KAl(SO 4)2·12H 2O和MgSO 4•7H 2O不同比例混合之后所测试的升温曲线和降温曲线。从升温曲线中可以看出复合材料在70-72℃范围内升温速率开始减缓，说明该阶段产生相变，相变过程吸收较多热量。实验过程中发现当KAl(SO 4)2·12H 2O和MgSO 4•7H 2O比例为5:5时其相变温度为72℃，到80℃时固体基本全部熔化。溶液没有出现明显的相分离现象，该体系的比例变为6:4时相变温度为77℃-78℃， 可以通过该升温曲线观察出，当提高该体系的明矾质量比例时，该复合体系的相变温度上升，由此可以推出明矾有着较强的导热性。温度为78℃时固体基本全部熔化，没有明显的相分离现象，实验现象跟其升温曲线的变化是一致的。根据实验现象及升温曲线的初步分析，可以判断出KAl(SO 4)2·12H 2O和MgSO 4•7H 2O比例为6:4时的复合相变比例较好，因为该复合体系在初始时间内的升温速率较大，相变温度较高，为78℃，且固体全部熔化时没有出现明显的相分离现象。当复合材料的温度到达相变温度时，由于处于固液共存状态，整体的升温速率会变缓。为了提高相变材料的导热性，实验人员在KAl(SO 4)2·12H 2O和MgSO 4•7H 2O比例为6:4的复合体系中加入少量的石墨，根据升温曲线的走向，可以看出该体系一开始与纯KAl(SO 4)2·12H 2O和MgSO 4•7H 2O体系的升温曲线没有太大区别，但当温度达到其相变温度时，加入石墨的复合体系的升温速率会高于纯体系，说明石墨的加入