一种石墨烯PCM材料制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯PCM材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯PCM材料制备方法。

背景技术

PCM材料即相变材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热，其是节能环保的最佳绿色环保载体。

进入工业社会以来，随着传统能源的过速消耗，日益恶化的环境、气候，使人类意识到节约能源、寻找新能源、保护环境的重要性。目前，可再生新能源如、生物能、太阳能、海洋能、风能等正被大量开发使用。但是这些能源都存在波动性、间歇性等缺点，大大降低了其使用效率。相变储能材料可以利用材料的相变过程，吸收并存储环境中的热量，并在需要时将热量释放出来，有效解决能量供需不平衡问题。目前，相变材料已在太阳能存储、工业余热利用等领域被广泛使用。

多孔基相变材料主要是利用孔道的表面张力，毛细作用力或者氢键作用力将相变芯材有效地封装于孔道中，同时提高复合相变材料的储能密度、热导率。常见的多孔载体有金属泡沫、硅藻土、二氧化硅、膨胀石墨、活性炭等。但是这些具有超高孔隙率和超大比较面积的载体因其无定型结构热导率偏低，进而基于这些载体制备的定型相变材料的热传输性能不好，石墨烯作为一种高导热材料，其导热能力远远超过了传统金属导热材料，可用作定型相变材料的热传输通道，为此，我们提出了一种石墨烯PCM材料制备方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种石墨烯PCM材料制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种石墨烯PCM材料制备方法，包括以下步骤：

S1、活性多孔石墨烯制备：以麦草为原料制取纤维素，在通过双氧水对纤维素进行漂白处理，得到第一中间产物，用活化剂对第一中间产物进行活化，得到第二中间产物，在保护性气体的条件下，将所述第二中间产物在600-1100℃进行炭化处理，得到活性多孔石墨烯；

S2、清理烘干：将多孔石墨烯材料置于去离子水中进行搅拌洗涤，洗涤后通过筛网筛出，洗涤三次后置入烘干设备中进行烘干；

S3、打开通道：将烘干后的多孔石墨烯材料在100-200℃条件下抽真空12-24h，使多孔石墨烯材料的孔道完全打开；

S4、溶解芯材：选着合适的可溶性相变芯材，准备带有搅拌装置的容器，并在容器内倒入一定量的溶液，将可溶性相变芯材放置进容器中，启动搅拌装置，以800-2000rpm的速度搅拌20-30min，使可溶性相变芯材彻底溶解在溶液中；

S5、加热搅拌：将S2中制备好的多孔石墨烯材料放置进S3中制备好的可溶性相变芯材溶液中，并在容器下端放置加热设备，启动加热设备和搅拌装置，再将溶液加热至80-120℃后，继续搅拌3-4h；

S6、震荡混合：将S4中混合均匀的悬浮液放入超声波清洗机中，超声震荡，使可溶性相变芯材能更好的与多孔石墨烯材料混合；

S7、干燥成型：将S5中的混合液置于60-120℃烘箱中干燥24-36h，得到石墨烯介孔碳基复合相变材料。

优选地，所述S1中的纤维素除了麦草，还可采用玉米芯、玉米秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、蒲草、椰壳、棕榈壳中提取出的一种。

优选地，所述S4中可溶性相变芯材溶解于溶液中的浓度值为0.1-0.5g/ml。

优选地，所述S5中可溶性相变芯材与多孔石墨烯材料的质量比为1-80：10-100。

优选地，所述S4中可溶性相变芯材包括：多元醇类、脂肪酸类、直链烷烃中的一种。

优选地，所述S6中超声震荡的时间为60-90分钟。

优选地，所述S4中的搅拌装置为立式搅拌器。

优选地，所述S2中去离子水与多孔石墨烯材料的质量比范围为80-100：50-60。

优选地，所述S4中的溶液采用水、乙醇中的一种。

1、通过选用纤维素制造石墨烯，从而能很好的从根源上保证产实现大规模的生产，并且有助于降低生产时的成本，并且能很好的对原料进行清理，提升原料的质量，进而有助于保证后续生产质量，保证生产质量；

2、通过采用多孔石墨烯材料作为基材，石墨烯本身就具有极其优异的性能，同时多孔的特性使其能很好的和相变材料相结合，从而能有效提升其热传输性能，并且还具有循环稳定性好、耐化学腐蚀等性能，保证产品的质量；

综上所述，本发明采取纤维素为制造石墨烯的原料，从而有助于从根源上实现大规模的生产，并且其制备的多孔石墨烯材料能很好的与相变材料相结合，使其具有热导率高、能够有效提升复合相变材料的传热能力、循环稳定性好、耐化学腐蚀、适合规模化生产的优点。

附图说明

图1为本发明提出的一种石墨烯PCM材料制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种石墨烯PCM材料制备方法，包括以下步骤：

S1、活性多孔石墨烯制备：以麦草为原料制取纤维素，在通过双氧水对纤维素进行漂白处理，得到第一中间产物，用活化剂对第一中间产物进行活化，得到第二中间产物，在保护性气体的条件下，将所述第二中间产物在600-1100℃进行炭化处理，得到活性多孔石墨烯，纤维素除了麦草，还可采用玉米芯、玉米秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、蒲草、椰壳、棕榈壳中提取出的一种，采用纤维素制取石墨烯是一种新方法，纤维素是自然界中储量最大、分布最广的天然高分子有机物，并且为可再生资源，与现有生产方法相比，其从源头处就能保证原料供应充足，确保产量，并且其原料成本低，有助于降低生产成本，其生产制备方法对环境友好，有助于保护环境，并且其毒性小，与传统方法相比，能很好的保护工作人员的身体健康，提升生产的安全性，采用纤维素制造的石墨烯为生产原料，能有效保证生产的规模以及降低生产成本，同时也能很好的保证工作人员能快速投入生产环境，降低操作难度，提升制取效率；

S2、清理烘干：将多孔石墨烯材料置于去离子水中进行搅拌洗涤，洗涤后通过筛网筛出，去离子水中不含离子杂质，方便对石墨烯进行彻底清理，并且能很好的保证没有离子填充石墨烯的孔洞，去离子水与多孔石墨烯材料的质量比范围为80-100：50-60，工作人员应该根据实际情况进行清理，当单次清理不够彻底时，应该多清理几次，保证清理的质量，去除多孔石墨烯在生产过程中沾染的杂质，从而方便使孔径畅通，便于和可溶性相变芯材进行结合，提升其结合的质量，进而能保证最终生产的质量，洗涤三次后置入烘干设备中进行烘干，烘干设备为真空烘干器，能保证在烘干时不会有杂质沾染在多孔石墨烯上，进一步的保证多孔石墨烯的质量；

S3、打开通道：将烘干后的多孔石墨烯材料在100-200℃条件下抽真空12-24h，使多孔石墨烯材料的孔道完全打开，能很好的使位于孔道内的杂质移出，进一步的保证孔道的通畅，提升多孔石墨烯与可溶性相变芯材能接触的面积，能使多孔石墨烯与可溶性相变芯材结合的更加紧密，从而能很好的提升最终材质的质量；

S4、溶解芯材：选着合适的可溶性相变芯材，可溶性相变芯材包括：多元醇类、脂肪酸类、直链烷烃中的一种，其能很好的溶解于水或是乙醇中，进而便于和多孔石墨烯材料混合，当混合时，可溶性相变芯材能很好的进入多孔石墨烯材料的孔道中，能很好的与多孔石墨烯材料相结合，准备带有搅拌装置的容器，搅拌装置为立式搅拌器，从而方便向取放容器，以及向容器内添加溶液、可溶性相变芯材以及多孔石墨烯材料，能很好的对其进行搅拌，使物料混合均匀，并且便于可溶性相变芯材以及多孔石墨烯材料的结合，并在容器内倒入一定量的溶液，溶液采用水、乙醇中的一种，能很好的将可溶性相变芯材进行溶解，将可溶性相变芯材放置进容器中，启动搅拌装置，以800-2000rpm的速度搅拌20-30min，使可溶性相变芯材彻底溶解在溶液中，可溶性相变芯材溶解于溶液中的浓度值为0.1-0.5g/ml，能使均匀的分布在溶液中，使其各个位置的浓度含量一直，从而方便其与多孔石墨烯材料的混合；

S5、加热搅拌：将S2中制备好的多孔石墨烯材料放置进S3中制备好的可溶性相变芯材溶液中，并在容器下端放置加热设备，通过加热设备能很好的使容器内的可溶性相变芯材溶液温度上端，从而能更加方便可溶性相变芯材溶液与多孔石墨烯材料相混合，并且能更方便可溶性相变芯材溶液进入到多孔石墨烯材料上的孔道内，保证能彻底将多孔石墨烯材料进行包覆，有助于提升最终产品的质量，启动加热设备和搅拌装置，再将溶液加热至80-120℃后，继续搅拌3-4h，保证混合的均匀，能很好的保证可溶性相变芯材溶液包覆多孔石墨烯材料的质量；

S6、震荡混合：将S4中混合均匀的悬浮液放入超声波清洗机中，超声震荡，超声震荡的时间为60-90分钟，使可溶性相变芯材能更好的与多孔石墨烯材料混合，通过超声震荡，能很好的使可溶性相变芯材进行移动，从而便于可溶性相变芯材进入多孔石墨烯材料的孔道中，能进一步提升可溶性相变芯材和多孔石墨烯材料混合的质量；

S7、干燥成型：将S5中的混合液置于60-120℃烘箱中干燥24-36h，从而能很好的将混合液中的溶液进行蒸发，得到石墨烯介孔碳基复合相变材料，该材料具有热导率高、能够有效提升复合相变材料的传热能力、循环稳定性好、耐化学腐蚀、适合规模化生产的优点。

在本发明中，通过玉米芯、玉米秸秆、高粱秸秆、大豆秸秆、蒲草、椰壳、棕榈壳中任一一种提取出的纤维素制取出多孔石墨烯材料，将制取到的多孔石墨烯材料置于去离子水中进行搅拌洗涤，去离子水与多孔石墨烯材料的质量比范围为80-100：50-60，洗涤后置入烘干设备中进行烘干，烘干设备为真空烘干设备，有助于保证多孔石墨烯材料的质量，将烘干后的多孔石墨烯材料在100-200℃条件下抽真空12-24h，使多孔石墨烯材料的孔道完全打开，从多元醇类、脂肪酸类、直链烷烃中选取任一一种可溶性相变芯材，准备带有搅拌装置的容器，搅拌装置为立式搅拌器，并在容器内倒入一定量的溶液，溶液采用水、乙醇中的一种，将选取好的可溶性相变芯材放置进容器中，启动搅拌装置，以800-2000rpm的速度搅拌20-30min，使可溶性相变芯材彻底溶解在溶液中，可溶性相变芯材溶解于溶液中的浓度值为0.1-0.5g/ml，将烘干好的多孔石墨烯材料放置进制备好的可溶性相变芯材溶液中，并在容器下端放置加热设备，启动加热设备和搅拌装置，再将溶液加热至80-120℃后，继续搅拌3-4h，进行初步混合，制取悬浮液，将混合均匀的悬浮液放入超声波清洗机中，超声震荡，超声震荡的时间为60-90分钟，使可溶性相变芯材能更好的与多孔石墨烯材料混合，将可溶性相变芯材和多孔石墨烯材料的混合液置于60-120℃烘箱中干燥24-36h，得到石墨烯介孔碳基复合相变材料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。