氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，特别是氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料及其制备方法，用于太阳能的节能和转化。

背景技术

对能源的需求被认为是人类生存和社会进步的必要条件。然而，人口和经济的快速增长导致能源消费需求显著上升。与此同时，化石燃料的不断使用增加了温室气体排放，损害了生态系统。因此，开发新的清洁和可再生能源变得更加紧迫。太阳能被认为是化石燃料的有力替代品，因为它是最丰富、最清洁的可再生能源。然而，由于太阳能的波动性和偶发性，很难满足世界不断扩大的能源需求。利用热能储存技术将太阳能转换和储存为热能，可以提高其利用效率，在时间和地点上缩小能源供应和能源需求之间的差距。相变材料(PCM)由于其在相变过程中的高储能和释放能力、低毒性、优异的化学稳定性和恒定的相变温度，被认为是热能储存和转换领域最有前途的候选者之一。然而，熔化阶段的泄漏和低导热率限制了PCM的广泛应用。因此，用于相变材料的低成本和可获得的多孔封装材料的开发最近吸引了很多人的兴趣。生物质多孔材料(包括植物纤维、土豆、甜瓜等)是封装相变材料和制备低成本形状稳定的复合相变复合材料(SSCPCM)的方法之一，无需复杂的制备程序。

发明内容

针对以往工作的不足，本发明的首要目的在于提供一种氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料的制备方法。复合体系的主要成分是西瓜皮、相变材料和氧化锰，使用了涂有氧化锰(MnO

本发明的第二个目的是提供上述氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料。

本发明的第三个目的是提供上述氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料的用途。

为了实现上述目的，本发明通过将正二十烷浸渍到涂有氧化锰(MnO

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种氧化锰碳化西瓜皮的复合PCM的制备方法，其包括以下步骤：

(1)首先去除西瓜皮(WP)的绿色和红色部分，只留下白色部分，用蒸馏水洗涤WP以去除污垢并干燥，然后浸入NaOH溶液中并煮沸，接着再用去离子水(DI)洗涤WP样品以除去化学物质，之后浸入沸腾的H

(2)DWP被碳化：将DWP加热至200℃，并在氮气气氛中保持1h，然后升温至500℃并保持1h，得到碳化西瓜皮(CWP)；并放入硫酸溶液中去除可溶性杂质，干燥；

(3)在100mL聚四氟乙烯衬里的高压釜中，将0.2g的CWP浸泡在KMnO

(4)将MnO

进一步地，步骤(1)中，西瓜皮的尺寸为1cm纵向和0.5cm

进一步地，步骤(1)中，煮沸的时间为1h。

进一步地，步骤(1)中，NaOH溶液的浓度为2.5mol/L，H

进一步地，步骤(1)中，冷冻干燥的时间为2天，温度为50℃。

进一步地，步骤(2)中，加热的速率为2.0℃/min。

进一步地，步骤(2)中，升温的速率为5.0℃/min。

进一步地，步骤(2)中，硫酸溶液的浓度为0.1mol/L。

进一步地，步骤(2)中，干燥的时间为24h，干燥的温度为60℃。

进一步地，步骤(3)中，KMnO

进一步地，步骤(3)中，浸泡的温度为60℃，时间为24h。

进一步地，步骤(3)中，干燥的温度为65℃。

进一步地，步骤(4)中，真空的温度为90℃。

进一步地，步骤(4)中，熔融的时间为2h。

西瓜皮经过脱木质素处理后，大部分木质素和半纤维素被去除，保持了纤维素的多孔结构。孔径为2-50nm范围内，优选为3nm。

一种氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料，其由上述的制备方法得到。

一种上述的氧化锰碳化西瓜皮的复合相变材料在太阳能节能和转化领域中得以应用。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明的MnO

(2)本发明的形状稳定MnO

(3)本发明所用原料价格低廉，易于获得，制备和使用工艺简单。

附图说明

图1为实施例1的MnO

图2为实施例1的复合相变材料的能量转换图。

图3为实施例1的复合相变材料的疏水性能图。

具体实施方式

本发明提供了一种氧化锰碳化西瓜皮的复合PCM及其制备方法和应用。

下面结合若干实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。

实施例1：

如图1所示，本实施例的氧化锰碳化西瓜皮的复合PCM的制备方法包括以下步骤：

(1)首先，去除WP的绿色和红色部分，只留下白色部分。然后将它们切成1cm×1.5cm的块。随后，用蒸馏水清洗WP以去除污垢，并在50℃下干燥。将WP浸入NaOH(2.5mol/L)溶液中并煮沸1h。然后用DI水洗涤WP样品以去除化学物质。之后，将样品浸入沸腾的2.5mol/L的H

(2)首先，脱木素的西瓜皮以2.0℃/min的速率加热至200℃，并在氮气气氛中保持1h，随后，以5.0℃/min的速度升温至500℃并保持1h。然后，将所制备的碳DWP置于0.1mol/L的H

(3)将0.2g的CWP首先60℃下浸泡在100mL聚四氟乙烯内衬高压釜中的KMnO

(4)MnO

为了验证纯正二十烷、CWP-C20和0.2MnO

使用加热盘热分析仪测定热导率(Hot Disk TPS2500S)，与纯正二十烷相比，CWP-C20复合材料的导热系数提高了38％，达到0.58W/mK。此外，在复合材料中引入MnO

通过差示扫描量热法(DSC；Q100 TA，美国)测试纯正二十烷、WP-C20、CWP-C20和MnO

为了评估纯正二十烷、WP-C20、CWP-C20和MnO

经计算，MnO

η＝(m.ΔHT)/(ρ.S.Δt)×100％

其中m和ΔH是样品和潜热的总质量，ρ和S是模拟光的照射强度和样品的表面积，Δt是能量转换的时间。

由图2可知，在100mW/cm

由图3可知，OCA 20(菲尔德施塔特，德国)用于接触角(CA)测试。为了进一步测试复合材料的润湿性，将MnO

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。