粉煤灰储热材料的研究聚焦于利用其多孔结构、化学成分及低成本优势,开发高效、稳定且经济的相变储热系统,主要研究方向及成果如下:
一、粉煤灰作为相变材料基体的创新应用
粉煤灰因其多孔结构、大比表面积及化学稳定性,被用作吸附相变材料的基体,形成定形复合相变储热材料。例如:
铝粉/粉煤灰复合材料:以铝粉为相变材料、粉煤灰为基体,通过混合烧结法制备高温复合相变蓄热材料。该材料在693.4℃时相变潜热达73.85 J/g,导热系数为1.736 W/(m·K),储热密度高达1067.825 J/g,且烧结后外观完好无裂纹,化学相容性优异。
二元碳酸盐/粉煤灰体系:以碳酸钠-碳酸锂(1:1质量比)为相变材料,改性粉煤灰为基体,制备的定型相变储热材料在二元碳酸盐质量含量为70%时,性能最佳。其相变温度为693.4℃,潜热73.85 J/g,导热系数和储热密度均优于其他配比,适用于高温储热场景。
二、粉煤灰与其他材料复合增强储热性能
通过将粉煤灰与有机或无机相变材料复合,可显著提升储热材料的热稳定性和循环寿命。例如:
十六醇-癸酸/粉煤灰复合材料:以十六醇-癸酸为相变材料,粉煤灰为基质,通过熔融吸附法制备的复合材料相变温度为25.5℃,潜热达203.1 J/g。经200-500次凝固-融化循环后,热循环稳定性和化学稳定性良好,无泄漏现象。加入6%膨胀石墨后,传热性能显著提升。
肉豆蔻酸/粉煤灰/二氧化钛微胶囊:通过溶胶-凝胶法制备的复合材料,熔融和凝固温度分别为52.22℃和26.68℃,熔、冻结潜热为97.72 kJ/kg和22.57 kJ/kg。以TiO₂-FA为壳材料可防止肉豆蔻酸泄漏,并改善微胶囊的热稳定性。
三、粉煤灰储热材料在建筑节能领域的应用潜力
粉煤灰基相变储热材料可有效调节建筑室内温度波动,降低能耗。例如:
相变蓄能地板:将硅藻土、膨胀石墨吸附石蜡制成三元复合相变蓄能材料,掺入水泥砂浆中,并以火电厂炉渣代替黄砂作为细骨料,制成的轻质高强蓄热地板与地暖系统结合,利用太阳能或工业废热间歇式蓄热。热工性能模拟试验表明,该地板具有良好的蓄热能力和经济环保效益。
相变储能墙板:添加粉煤灰储能材料的墙板与未添加的墙板相比,房屋模型内外壁温度波动峰值降低约4-5℃,内部空间峰值温度也降低4℃。这表明粉煤灰基相变材料可显著减小室内外温差,实现建筑节能。
四、粉煤灰储热材料的技术优势与经济性
成本低廉:粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物,来源广泛,价格低廉,可显著降低储热材料的制备成本。
环保效益:利用粉煤灰制备储热材料可减少其堆存对土壤、大气和水环境的污染,同时降低滑坡和泥石流等地质灾害风险。
性能优异:粉煤灰基复合相变储热材料具有高储热密度、良好的热稳定性和化学相容性,适用于高温储热和建筑节能等领域。