多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質及其制備方法與應用技術

本發明專利技術公開了多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質及其制備方法與應用。本發明專利技術所提供的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。本發明專利技術制備的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質既有硝酸熔鹽的傳熱性能，又提高了安全工作溫度上限至600°C，使用溫度范圍更寬，熱穩定性好。本發明專利技術制備的熔鹽傳熱蓄熱介質的吸熱及蓄熱能力好，導熱系數明顯提高，導熱性能大大增加，可廣泛用于太陽能光熱發電技術領域。

【技術實現步驟摘要】
多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質及其制備方法與應用
本專利技術涉及熱量儲存及傳遞
，尤其涉及多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質及其制備方法與應用。
技術介紹
在工業蓄能和太陽能高溫蓄熱技術中，目前使用的蓄熱傳熱介質主要有空氣、水、導熱油、熔融鹽、鈉和鋁等金屬。熔鹽因具有廣泛的使用溫度范圍，低蒸汽壓，低粘度，良好的穩定性，低成本等諸多特性已成為太陽能光熱發電技術中頗具潛力的傳熱蓄熱介質，成為目前應用較多，較為成熟的傳熱蓄熱介質。高溫熔融鹽主要有硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物、氯化物、氧化物等。硝酸熔鹽體系的突出優點是原料來源廣泛、價格低廉、腐蝕性小，因此與其他熔鹽相比，硝酸熔鹽具有很大的優勢。其中的多元硝酸熔鹽的低熔點比較理想，利于降低保溫能耗，十分誘人，但是多元硝酸熔鹽體系存在上限工作溫度偏低、溶解熱較小、熱導率低的缺點。為了解決上述問題，中國專利申請00111406.9公開了一種LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2體系，其工作溫度范圍為250°C-550°C，這個體系的上限工作溫度達到550°C，但其下限工作溫度也被提高，導致云遮時維護成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蝕性增大，成本增高。美國專利US007588694B1公開了一種LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca（NO3）2體系，其熔點低于100°C，上限使用溫度高于500°C，但是LiNO3的加入增加了熔鹽的腐蝕性和成本，且硝酸鈣熱穩定性差，高溫分解放出氣體。
技術實現思路
根據上述領域存在的缺陷，本專利技術在多元硝酸熔鹽中加入導熱系數高的金屬氧化物或非金屬氧化物納米粒子，制備復合相變熔鹽材料。納米粒子與毫米或者微米級固體粒子相比，具有更大的比表面積，使粒子與基體材料間的換熱面積增大，同時納米粒子的導熱系數遠比基體材料大，納米顆粒的加入改變了基體材料的結構，增強了混合物內部的能量傳遞過程，使得導熱系數增大。本專利技術的目的是提供一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質及其制備方法。本專利技術所提供的傳熱蓄熱介質能克服現有技術中多元硝酸熔鹽上限工作溫度和導熱率低的缺點，大大拓寬了多元硝酸熔鹽體系的工作溫度范圍，可廣泛用于工業蓄能和太陽能光熱發電
為了實現上述目的，本專利技術的技術方案是：本專利技術提供了一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質量百分比含量分別為：硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉10%-50%，硝酸銫5%-10%。所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的SiO2、ZnO、Al2O3、TiO2和/或MgO粒子。所述納米粒子為所述多元硝酸熔鹽體系總質量的1%-5%。本專利技術還提供了一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質的制備方法，包括如下步驟：（1）將多元硝酸納米熔鹽體系放入真空加熱爐中加熱使其成熔融狀態；（2）將納米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸納米熔鹽體系中，磁力攪拌均勻后超聲保溫，得到高溫熔融鹽；（3）將所述高溫熔融鹽自然冷卻，即得到多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質量百分比含量分別為：硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉10%-50%，硝酸銫5%-10%；所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的SiO2、ZnO、Al2O3、TiO2和/或MgO粒子。所述步驟（1）中加熱溫度為熔鹽相變溫度以上80℃-120℃。所述步驟（2）中所述納米粒子按多元硝酸熔鹽體系總重量的1%~5%的比例加入；所述步驟（2）中所述磁力攪拌0.5-1h，保溫超聲0.5-2h。所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質在工業蓄能和太陽能光電發熱中應用也屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術還提供了一種多元硝酸熔鹽，由如下質量百分比含量的物質組成：硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉10%-50%，硝酸銫5%-10%。本專利技術制備的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質既有硝酸熔鹽的傳熱性能，又提高了安全工作溫度上限至600°C，使用溫度范圍更寬，熱穩定性好。本專利技術制備的熔鹽傳熱蓄熱介質的吸熱及蓄熱能力好，導熱系數明顯提高，導熱性能大大增加，可廣泛用于太陽能光熱發電
具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細描述。實施例1、本專利技術多元硝酸納米熔鹽的制備方法及性能測試所用的材料：SiO2、ZnO、Al2O3、TiO2、MgO納米粒子采用氣相法制備金屬氧化物納米粒子ZnO、Al2O3、TiO2和MgO，以及非金屬氧化物納米粒子SiO2。一、多元硝酸納米熔鹽的制備步驟如下：（1）按各成分的質量百分比含量將硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3熔鹽體系，加熱攪拌均勻放入真空加熱爐中加熱除氣除水使其成熔融狀態，加熱溫度為熔鹽相變溫度以上80-120℃。（2）將納米粒子按比例加入步驟（1）熔融的多元硝酸納米熔鹽體系中，磁力攪拌該熔融混合物0.5-1h，保溫超聲0.5-1h，得到高溫熔融鹽；（3）將步驟（2）的高溫熔融鹽自然冷卻，即制得均勻穩定的多元硝酸納米熔鹽。根據以上制備步驟及以下表1的配比制備得到一系列多元硝酸納米熔鹽。表1為本專利技術不同編號的多元硝酸納米熔鹽的配方以及配方中納米粒子的粒徑，以及根據現有技術在三元硝酸熔鹽中加入第四種成分所得的硝酸熔鹽的配方（X1）和四元硝酸熔鹽的配方（X2）其中，申請號為200710027954.1的中國專利技術專利公開一種熔融鹽傳熱虛熱介質及其制備方法，X1為專利技術人根據其說明書實施例1所記載的配方和制備方法所得的帶添加劑的硝酸熔鹽；申請號為00111406.9的中國專利技術專利公開了一種(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔鹽及制備方法，X2為專利技術人根據其申請文件所記載的配方和制備方法所得的四元硝酸熔鹽。表1多元硝酸納米熔鹽配方二、對制備獲得的多元硝酸納米熔鹽進行性能測試如下：1、熱穩定性測試：測試采用重量法進行：將需測試的熔鹽樣品加入到不同的鎳制坩堝中，放入溫控爐進行加熱，用分析天平稱重，從常溫開始進行實驗，然后靜態加熱到固體全部熔融，每隔一段時間自然冷卻到室溫取出實驗坩堝，用分析天平進行稱重。如果在某一溫度段內，樣品的重量不再減少，則提高溫控爐的溫度。然后每隔一段時間取出實驗干鍋用分析天平進行稱重，直到另一個穩定態之后再繼續升溫。如此循環，一直到600℃。記錄下特定保溫溫度和保溫時間，并計算出特定保溫溫度和保溫時間所對應的剩余率，根據剩余率計算出損失率。分別采用上述方法對表1所示的多元硝酸納米熔鹽及對照X1和對照X2進行熱穩定性測試，測試結果如表2所示。表2熔鹽熱穩定性測試數據由表2可看出，對照X1的穩定溫度界限為550°C，550°C下保溫30小時，損失率約4%，保溫50小時時損失率為約14%；對照X2的穩定溫度界限為550°C，550°C下保溫30小時，損失率約3%，保溫50小時時損失率為約16%；而本專利技術制備的多元硝酸納米熔鹽No本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。

【技術特征摘要】
1.一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于：它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子；所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質量百分比含量分別為：硝酸鉀20％-60％，硝酸鈉10％-20％，亞硝酸鈉10％-50％，硝酸銫5％-10％；所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的SiO2、ZnO、Al2O3、TiO2和/或MgO粒子；所述納米粒子為所述多元硝酸熔鹽體系總質量的1％-5％。2.一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質的制備方法，包括如下步驟：(1)將多元硝酸熔鹽體系放入真空加熱爐中加熱使其成熔融狀態；(2)將納米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸熔鹽體系中，磁力攪拌均勻后超聲保溫，得到高溫熔融鹽；(3)將所述高溫熔融鹽自然冷卻，即得到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾智勇，
申請(專利權)人：深圳市愛能森科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44