專案總結報告

《利用工業廢鹽製備相變儲能材料的應用開發研究》專案總結報告

一、專案概況

1、專案基本情況

專案名稱：利用工業廢鹽製備相變儲能材料的應用開發研究

立項時間：2023年7月

專案編號：by2014127-07

專案負責人：姜勇

合作企業：江蘇普源化工****

2、經費情況

3、主要研究內容

（1）砂狀相變儲能相變材料的製備工藝研究

研究了解決從工業廢鹽中提純的na2so4·10h2o在工業使用中存在的過冷現象和相分離現象的實驗方案。通過製備一種砂狀狀相變材料實現封裝功能，其中十水合四硼酸鈉起到成核劑的作用，溴化鈉起到功能新增劑，增強迴圈使用效率的作用，羧甲基纖維素鈉起到增稠劑的作用，甘油起到保濕劑，提高柔軟度的作用。探索成型工藝中最關鍵的兩個影響因素，即成核劑與增稠劑的配比。

研究了成核劑對砂狀相變材料相變溫度以及過冷度的影響，增稠劑的用量對砂狀相變材料的相變焓的影響，達到減少或消除相變材料應用**現的過冷和相分離兩大問題。

（2）凝膠狀相變儲能相變材料的製備工藝研究

以丙烯醯胺為高分子聚合的主要單體，通過海藻酸鈉和鈣離子交聯製備具有超強的拉伸效能柔軟且具有彈性的聚丙烯醯胺水凝膠。將無機相變材料十水硫酸鈉和聚丙烯醯胺三維交聯網路結合起來，得到一種定型的相變儲能水凝膠。該水凝膠兼具相變儲能作用和良好的力學效能，在相變前後保持形狀穩定，克服了傳統封裝技術需要額外容器封裝的缺陷。

課題研究了成核劑對相變儲能水凝膠過冷度的影響，增稠劑對相變儲能水凝膠相變焓的影響，從而優化了最佳的工藝引數。

（3）微膠囊狀相變儲能相變材料的製備工藝研究

研究了利用兩種單體共聚，通過懸浮共聚-蒸發溶劑的方法，製備聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)為壁材包覆硫酸鈉水溶液的微膠囊復合相變材料。首先，將水合鹽芯材在有機溶劑中進行乳化分散，攪拌後形成穩定的油包水型乳液，加入引發劑使聚合物單體在膠束表面發生聚合反應，從而得到聚合物壁材包覆水合鹽相變材料的微膠囊。嘗試解決無機水合鹽相變材料易過冷和相分離，且相變材料在固-液相變過程中易洩漏，具有流動性等缺點，提高無機水合鹽相變材料的相變儲能特性、熱迴圈穩定性及永續性，滿足節能環保要求的問題。

（4）相變材料封裝加工探索

在實驗研究基礎上，進一步將相變材料封裝到形狀穩定的密封高分子材料中，這些材料可以是塑料或是橡膠等，由此加工出可應用的相變材料。

二、專案實施情況

1、校企聯合研發團隊的組織

圍繞利用工業廢鹽製備相變儲能材料的應用開發研究，學校和企業組成了一支主要由教授、副教授、企業技術工程師、博士及碩士研究生組成的研究團隊，核心研發成員11人。團隊發揮各自優勢，確保完成專案目標任務：學校主要完成對砂狀相變材料、凝膠狀相變材料以及微膠囊狀相變材料的配方設計工作，形成穩定的製備工藝技術；企業主要負責相變材料的試製工作，將新技術應用於產品開發，完成工藝完善優化。

2、實施計畫的制定與落實

（1）2023年7月—2023年12月：研究從工業中的高鹽廢水中提取無機廢鹽，經過嚴格的分離純化工藝去除雜質，對其組成進行eds元素分析和xps光電能譜、xrd晶體衍射等技術手段進行分析，得到用於製備相變材料的主要原料。基於專案資金支援，發表學術** 2-3 篇

（2）2023年1月—2023年6月：利用上述原料製備相變材料，通過熱效能的一系列表徵分析實驗測試其儲能效能，並採用適當加入一些其他改性劑，解決過冷、相分離兩大問題，改善相變材料的儲能效能、穩定性等相關效能。

。基於專案資金支援，發表學術** 3-4 篇；申請專利 1-2 項。

（3）2023年7月—2023年12月：利用高分子材料對無機鹽復合相變材料進行固化處理，使其能達到實際應用的效果。依據嚴格的配方優化探索，製備出形狀穩定、潛熱相對較高的相變儲能材料。

基於專案資金支援，發表學術** 2-3 篇。

（4）2023年1月—2023年6月：優化工藝引數，形成利用工業廢鹽製備相變技術；將高分子復合相變材料加工成可以在相應領域使用的最終的裝置和產品的核心技術。申請專利 1項；形成利用工業廢鹽製備相變儲能材料的應用開發研究報告。

3、企業研發人員的培養培訓

通過本專案實施，與江蘇普源化工****聯合培養企業技術骨幹。在專案實施過程中，學校和企業研發人員定期進行技術交流，針對技術研發和生產試驗**現的問題進行聯合攻關，切實提高了企業技術人員的技術水平和創新能力。

4、專案完成情況評價

通過研發，形成用工業廢鹽製備相變儲能材料的核心技術，顯著提高產品組織質量，技術指標達到預期目標，並取得了良好的經濟效益。發表sci**10篇。申請發明專利3項，已全部獲得授權，培養碩士研究生3名。

對照合同，已完成了專案研究任務，各項指標均達到了合同要求。

5、預算執**況

專案擬投入50萬元，其中省撥經費15萬元，合作企業出資35萬元。專案實施過程中，企業實際投資35萬元，主要用於相變材料的試製試驗產生的材料費、能源動力費及裝置改造費；省撥經費15萬元，基本執行完畢，分別用於測試化驗加工費、裝置費、材料費、會議費、專利申請維護費、**版面費差旅費以及勞務費等。

三、專案技術情況

1、研究方法及技術路線

本專案擬通過高分子材料對傳統的無機鹽相變材料進行復合，經過固化處理等手段，使其能達到實際應用的效果。

（1）砂狀相變儲能相變材料的製備工藝研究：解決從工業廢鹽中提純的na2so4·10h2o在使用中存在的過冷現象和相分離現象的問題，製備一種砂狀狀相變材料實現封裝功能，達到減少或消除相變材料應用**現的效能不穩定現象。

（2）凝膠狀相變儲能相變材料的製備工藝研究：以高分子聚合將無機相變材料和高分子三維交聯網路結合起來，克服了傳統封裝技術需要額外容器封裝的缺陷。

（3）微膠囊狀相變儲能相變材料的製備工藝研究：研究單體共聚製備微膠囊復合相變材料。嘗試解決無機水合鹽相變材料易過冷和相分離，且相變材料在固-液相變過程中易洩漏，具有流動性等缺點，提高無機水合鹽相變材料的相變儲能特性、熱迴圈穩定性及永續性，滿足節能環保要求的問題。

（4）相變材料封裝加工探索：在實驗研究基礎上，進一步將相變材料封裝到形狀穩定的密封高分子材料中。

2、解決的關鍵技術

（1）從工業廢鹽中提取相變材料的技術。影響無機水合鹽十水硫酸鈉結晶的因素眾多，探索適宜於大規模製備的工藝路線使製備的無機水合鹽不易失去結晶水，在發生相變過程時不經歷亞穩態態直接解離或結合自由水。

（2）對體系過冷度和相分離的解決方法。控制製備的相變材料的過冷度是評價產品穩定性的重要因素，同時在經歷千百次迴圈後仍能繼續使用。

(3) 高分子材料對相變物質的加工和成型工藝。

3、取得的突破性進展

（1）實現相變材料的有效封裝，突破了傳統的無機水合鹽在使用中易失效的技術問題，為此類材料的工業化奠定了理論基礎。

（2）相變材料的加工技術開發：以砂狀相變材料和凝膠狀相變材料的探索技術為根據，通過高分子單體聚合的方法實現對無機水合鹽的包封，製備的微膠囊效能穩定可靠，用塑料大球封裝微膠囊是進一步的技術突破。

4、創新點

(1) 廢鹽作為原料，變廢為寶和節能減排，從專案的研究的意義和價值這個角度來看，不僅不會對環境造成不良影響，相反由於製備的原料是工業廢鹽，還會減少這類固體廢物的排放和對環境的破壞。另一方面，相變材料本身就可以減少能源的消耗，從這個角度來說，積極響應國家大力倡導的以市場為導向、以傳統產業經濟為基礎、以經濟與環境的和諧為目的的綠色經濟。

(2) 專案為拓展相變材料的實際應用前景，採用的是高分子功能性骨架固定無機類相變材料，製備高分子復合相變材料的軟質水凝膠，在相變吸收能量的過程中，水凝膠可以吸收和儲存產生的結晶水，以供在相變材料在釋放能量的過程中吸收水凝膠中游離的水分子，再次形成結晶水合鹽。在整個相變過程中，水凝膠保持固有的形狀，因此這是一種全新定型復合相變材料，市場上還沒有類似的產品。我們擁有這一技術的自主智財權。

(3)、我們製備的高分子改性復合相變材料拓展了相變材料的應用領域，在進行相變儲能和控溫的過程中，均能保持固定的形狀。因此該類材料可以直接使用，無需經過特別的加工處理，這一良好效能決定了這類形狀穩定的復合相變材料將有更加廣泛的應用。

(4)、我們製備的相變複合材料經過熱儲能測試，相變材料的潛熱維持在100-200 kj/kg之間，儲能效率和傳統的微膠囊包覆技術比相對較高，且相變溫度均能維持在20-40℃之間，能經過兩百餘次熱迴圈實驗依然保持穩定的儲熱特性。

四、合同任務指標完成情況

1、研究內容完成情況

研究了從工業廢鹽中提純的na2so4·10h2o的實驗方案。探索成型工藝中最關鍵的兩個影響因素，即成核劑與增稠劑的配比。研究了成核劑對砂狀相變材料相變溫度以及過冷度的影響，增稠劑的用量對砂狀相變材料的相變焓的影響，達到減少或消除相變材料應用**現的過冷和相分離兩大問題。

研究了凝膠狀相變儲能相變材料的製備工藝研究，成核劑對相變儲能水凝膠過冷度的影響，增稠劑對相變儲能水凝膠相變焓的影響，從而優化了最佳的工藝引數。研究了利用兩種單體共聚，通過懸浮共聚-蒸發溶劑的方法，製備聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)為壁材包覆硫酸鈉水溶液的微膠囊復合相變材料。解決了無機水合鹽相變材料易過冷和相分離，提高無機水合鹽相變材料的相變儲能特性、熱迴圈穩定性及永續性。

2、技術指標完成情況

開發出可用於熱儲能的相變材料。砂狀相變材料、凝膠狀相變材料以及微膠囊狀相變材料，針對三種產品探索的技術方案穩定可行，配方中的工藝引數均經過細緻優化，製備的原料經濟環保，產品對環境汙染性小。

3、工作指標完成情況

申請發明專利3，均得授權。發表sci**10篇，培養研究生3名。

對照合同，完成了預期研究任務。

五、專案績效分析

本專案針對無機廢鹽作為原料，變廢為寶和節能減排，從專案的研究和生產過程和工藝上來看，不僅不會對環境造成不良影響，相反由於我們的原料是工業廢鹽，還會減少這類固體廢物的排放和對環境的破壞，由此可以產生十分巨大的經濟效益。該專案**的相變儲能技術的節能性、環保性及經濟性越來越受到人們的廣泛重視，它的實際應用領域和範圍在不斷擴充套件，不僅在航空航天、工農業生產、能源電力、紡織、材料、公路交通、發動機技術等方面有著重要的應用，而且在改善人們的日常生活方面也有著廣泛的應用。隨著科技的進步與發展，相變儲能技術會給人們帶來更為廣闊的應用空間和巨大的經濟利益相關研究成果，對於提高我國能源新材料領域具有重要意義，有助於加快我國儲能蓄熱領域的新發展並降低生產成本。

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