一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油、其制備方法及應(yīng)用。本發(fā)明導(dǎo)熱油包括氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導(dǎo)熱油中形成懸浮液型導(dǎo)熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。本發(fā)明導(dǎo)熱油在傳熱介質(zhì)中具有熱穩(wěn)定性好、傳熱速度快、加熱均勻、儲(chǔ)能量大的優(yōu)點(diǎn)，最高使用溫度達(dá)460℃，壽命為3年以上。
【專利說(shuō)明】一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱傳導(dǎo)介質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油、其制備方法及應(yīng)用，所述高溫是指導(dǎo)熱油的使用溫度達(dá)到460°C或以上。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)熱油正規(guī)名稱為熱載體油(Heattransferoil)，也稱熱導(dǎo)油，熱煤油等。導(dǎo)熱油是一種熱量的傳遞介質(zhì)，由于其具有加熱均勻，調(diào)溫控溫準(zhǔn)確，能在低蒸汽壓下產(chǎn)生高溫，傳熱效果好，節(jié)能，輸送和操作方便等特點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域。
[0003]研究發(fā)現(xiàn)，固體粒子的導(dǎo)熱系數(shù)比液體大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此懸浮有固體粒子的兩相液體的導(dǎo)熱系數(shù)比純液體大很多。為了提高導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱性能，一般在導(dǎo)熱油中加入金屬、非金屬或聚合物固體粒子。
[0004]早期的研究多局限于用毫米或者微米級(jí)的粒子懸浮于與導(dǎo)熱油中，雖然傳熱效果明顯增加，但是由于粒子尺寸太大，容易在導(dǎo)熱油中沉淀，引起管道磨損、堵塞等不良后果。
[0005]自20世紀(jì)90年代起，隨著納米材料科學(xué)的迅速發(fā)展，研究人員開(kāi)始嘗試?yán)眉{米材料技術(shù)提高導(dǎo)熱油性能。1995年,美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Choi等人提出了納米流體Nanofluids的概念——即以一定的方式和比例在液體中添加納米金屬或非金屬氧化物粒子，形成一類具有高導(dǎo)熱系數(shù)、均勻、穩(wěn)定的新型傳熱介質(zhì)。
[0006]Choi的研究結(jié)果表明在液體中加入納米粒子，可以增加懸浮液的導(dǎo)熱系數(shù)，在同樣傳熱負(fù)荷下，使用導(dǎo)熱系數(shù)增大了 3倍的納米流體作為傳熱工質(zhì)，幾乎不需要增加泵功率就可以使熱交換設(shè)備的傳熱效率提高2倍。而使用純液體工質(zhì)的熱交換設(shè)備則需要耗費(fèi)10倍的泵功率才能使熱交換設(shè)備的傳熱效率提高2倍。這種差異顯示了納米流體應(yīng)用于熱交換設(shè)備的潛在優(yōu)勢(shì)。
[0007]氫化三聯(lián)苯型導(dǎo)熱油的凝固點(diǎn)低，是目前最優(yōu)質(zhì)的液相高溫導(dǎo)熱油。但是，氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱系數(shù)低，易造成加熱不均勻等缺點(diǎn)，因此在氫化三聯(lián)苯型導(dǎo)熱油中加入納米粒子提高其導(dǎo)熱系數(shù)，增加其導(dǎo)熱性能對(duì)于開(kāi)發(fā)適用于工業(yè)高溫蓄熱系統(tǒng)是非常有必要的。
[0008]納米流體在傳熱和傳質(zhì)方面都具有很好的強(qiáng)化作用，這正好可以用來(lái)強(qiáng)化吸收過(guò)程中的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。而納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)、表面張力、粘度和擴(kuò)散系數(shù)等物理性質(zhì)對(duì)納米流體強(qiáng)化吸收過(guò)程的效果有很重要的影響。
[0009] 納米粒子的加入大大提高了導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱系數(shù)，但是納米粒子的加入同時(shí)也增加了導(dǎo)熱油的流動(dòng)阻力，導(dǎo)致其加熱傳熱效果明顯降低，控溫準(zhǔn)確度受到嚴(yán)重影響并且輸送不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)上述領(lǐng)域的需求和不足，本發(fā)明提供一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油、其制備方法及應(yīng)用，以提高導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱性能，延長(zhǎng)導(dǎo)熱油的使用壽命。[0011 ] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0012]一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油，其特征在于，包括氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導(dǎo)熱油中形成懸浮液型導(dǎo)熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。
[0013]上述導(dǎo)熱油各組分的重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份；所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30。
[0014]優(yōu)選上述導(dǎo)熱油各組分的重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油94.9~99.899份；改性納米粒子0.1~5份；減阻劑0.001~0.1份。
[0015]所述改性納米粒子所占重量份為3份。
[0016]所述納米粒子選自納米銅、納米招、納米鐵、納米二氧化娃、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種，所述納米粒子的平均粒徑為15nm。
[0017]所述分散劑為親油的表面活性劑司盤(pán)85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
[0018]上述導(dǎo)熱油在太陽(yáng)能光熱發(fā)電的高溫蓄熱傳熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0019]上述導(dǎo)熱油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0020]I)用氣相法或固相法或化學(xué)氣相沉積法制備納米粒子；
[0021]2)取步驟I)所得納米粒子，將其分散在去離子水中，機(jī)械攪拌或超聲波分散使分散均勻；
[0022]3)加熱步驟2)所得分散均勻的納米粒子，不斷攪拌下緩慢加入分散劑進(jìn)行包覆改性，持續(xù)攪拌后，自然冷卻即得改性納米粒子；
[0023]4)0~180°C條件下，將步驟3)所得改性納米粒子分散到氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油中，攪拌，于80°C~120°C溫度下，保溫；5)加入減阻劑，繼續(xù)保溫?cái)嚢韬?，自然冷卻，即得氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo) 熱油；
[0024]所述導(dǎo)熱油各組分重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份，所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30 ；
[0025]所述分散劑為親油性的表面活性劑司盤(pán)85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨
鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
[0026]所述納米粒子的平均粒徑為15nm，所述納米粒子選自納米銅、納米鋁、納米鐵、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種。
[0027]步驟3)中，所述加入分散劑的溫度是50°C~100°C，所述持續(xù)攪拌的時(shí)間是30~60min ;步驟4)中所述保溫時(shí)間是I~2h ;步驟5)中，所述保溫時(shí)間是2~3h ;步驟4)中，分散所述改性納米粒子的溫度為90°C ;所述改性納米粒子所占重量份為3份。
[0028]技術(shù)效果
[0029]氫化三聯(lián)苯(SH-340 )是由不同比例的鄰、間、對(duì)三聯(lián)苯混合物部分氫化而得(飽和度為40%)，平均分子量為:252，外觀:微黃色透明油狀液體，凝固點(diǎn)低< _25°C，高溫下滲透性小，345°C條件下可液相操作，氫化三聯(lián)苯是目前最優(yōu)質(zhì)的液相高溫導(dǎo)熱油。[0030]本發(fā)明所制備的納米導(dǎo)熱油的納米粒子分散性好、懸浮穩(wěn)定性高。與不添加納米粒子的導(dǎo)熱油相比，導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高，使用溫度高達(dá)460°C，導(dǎo)熱油的壽命在3年以上。
[0031]本發(fā)明在加入納米粒子的同時(shí)在體系中加入適量的減阻劑，以減小流動(dòng)阻力，本發(fā)明納米導(dǎo)熱油加熱傳熱效果好，控溫準(zhǔn)確，并且輸送方便。
[0032]根據(jù)納米粒子量的多少，選擇機(jī)械攪拌或超聲波分散將其分散均勻；當(dāng)納米粒子的量較少時(shí)，使用超聲波分散；當(dāng)納米粒子的量較多時(shí)，使用機(jī)械攪拌使其分散均勻。
[0033]本發(fā)明中，當(dāng)把所有組分總重量視為100份，包覆改性后的納米粒子所占重量份為3份，并且添加納米粒子的添加溫度為90°C時(shí)，效果最佳，所得高溫納米導(dǎo)熱油性能最好。
[0034]本發(fā)明中對(duì)納米粒子的包覆改性不受方法和條件的限制，本發(fā)明中的包覆改性，主要是使分散劑包覆到納米粒子上來(lái)改善納米粒子在有機(jī)導(dǎo)熱油基油中的分散性能，使其能均勻穩(wěn)定地分散在導(dǎo)熱油基油中，形成均勻穩(wěn)定的納米粒子懸浮液體體系，因此只要分散劑能牢固的包覆在納米粒子的表面即可。
[0035]由于納米粒子的粒徑在納米尺度時(shí)是受布朗力等力的作用，因此納米粒子的加入使得體系中懸浮的納米粒子作無(wú)規(guī)則行走擴(kuò)散，熱擴(kuò)散和布朗擴(kuò)散等現(xiàn)象存在于體系中，納米粒子的微運(yùn)動(dòng)使得納米粒子和液體導(dǎo)熱油基體之間存在有微對(duì)流現(xiàn)象，這種微對(duì)流增強(qiáng)了納米粒子與液體之間的能量傳遞過(guò)程，從而增大了納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)。[0036]由于本發(fā)明對(duì)納米粒子進(jìn)行包覆改性，使得納米粒子在導(dǎo)熱油基體中的分散性較好，另外，本發(fā)明在制備過(guò)程中還加入了減阻劑氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽，解決了因加入納米粒子而使導(dǎo)熱油流動(dòng)阻力增大的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明添加納米粒子的導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱系統(tǒng)顯著提高，另外納米粒子微運(yùn)動(dòng)的加劇，也使得本發(fā)明導(dǎo)熱油在高溫時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)顯著提高，本發(fā)明導(dǎo)熱油的使用溫度高達(dá)460°C，并且壽命超過(guò)3年。
[0037]本發(fā)明導(dǎo)熱油在傳熱介質(zhì)中具有熱穩(wěn)定性好、傳熱速度快、加熱均勻、儲(chǔ)能量大的優(yōu)點(diǎn)。
[0038]本發(fā)明非常適合用于太陽(yáng)能光熱發(fā)電的高溫蓄熱傳熱系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0039]提供下述實(shí)施例是為了更好地進(jìn)一步理解本發(fā)明，并不局限于所述最佳實(shí)施方式，不對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容和保護(hù)范圍構(gòu)成限制，任何人在本發(fā)明的啟示下或是將本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)的特征進(jìn)行組合而得出的任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0040]若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。本發(fā)明中多用的試劑，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為商業(yè)途徑獲得，或者以常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法配制；實(shí)施例中所用試驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常規(guī)試驗(yàn)方法。
[0041]本發(fā)明實(shí)施例中所使用試劑的來(lái)源廠家和規(guī)格:
[0042]司盤(pán)85商購(gòu)?fù)緩将@得，購(gòu)于江蘇省海安石油化工廠；
[0043]氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油商購(gòu)?fù)緩将@得，購(gòu)于蘇州東欣熱載體科技有限公司，型號(hào):LD-340 ；
[0044]本發(fā)明其他化學(xué)試劑都是工業(yè)純級(jí)，商購(gòu)?fù)緩将@得，一般化學(xué)用品公司可以購(gòu)買(mǎi)到。
[0045]實(shí)施例1.[0046]I)用氣相法制備出過(guò)量的銅納米粒子7kg。
[0047]2)取將步驟I)所得納米粒子3kg，將其分散在去離子水中，根據(jù)納米粒子量采用超聲波分散將其分散均勻。
[0048]3)加熱步驟2)含納米粒子的體系，溫度達(dá)條件60°C下，不斷攪拌并緩慢加入
0.5kg的分散劑司盤(pán)85進(jìn)行包覆改性。持續(xù)40min后自然冷卻即制成改性納米粒子。
[0049]4) 15°C條件下將上述改性納米粒子分散到96kg的氫化三聯(lián)苯型導(dǎo)熱油中，邊加熱邊攪拌，逐漸升溫至100°c，保溫lh。
[0050]5)向步驟4)體系中加入減阻劑氯化十六烷基三甲基銨鹽0.5kg，繼續(xù)保溫?cái)嚢?h,自然冷卻即制得氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油。
[0051]實(shí)施例2飛.[0052]實(shí)施例2飛制備方法和個(gè)步驟的條件與實(shí)施例1相同，只是配方以及各組分的用量不同，其中實(shí)施例2飛配方以及個(gè)組分用量見(jiàn)表1。
[0053]表1.實(shí)施例2飛氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油配方以及個(gè)組分用量列表
【權(quán)利要求】
1.一種氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油，其特征在于，包括氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油、納米粒子、減阻劑和分散劑，所述納米粒子的表面包覆著分散劑以形成改性納米粒子，所述改性納米粒子分散在導(dǎo)熱油中形成懸浮液型導(dǎo)熱油，所述納米粒子為金屬、金屬氧化物、非金屬和/或非金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱油，其特征在于，各組分的重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份；所述分散劑與納米粒子的重量比為1:0.05~0.30。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱油，其特征在于，各組分的重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油94.9~99.899份；改性納米粒子0.1~5份；減阻劑0.001~0.1份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)熱油，其特征在于，所述改性納米粒子所占重量份為3份。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱油，其特征在于，所述納米粒子選自納米銅、納米鋁、納米鐵、納米二氧化硅、納米氧化鋅、納米三氧化二鋁、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種，所述納米粒子的平均粒徑為15nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一所述的導(dǎo)熱油，其特征在于，所述分散劑為親油的表面活性劑劑司盤(pán)85，所述減阻劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
7.權(quán)利要求1~6任一所述導(dǎo)熱油在太陽(yáng)能光熱發(fā)電的高溫蓄熱傳熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。
8.權(quán)利要求1~6任一所述導(dǎo)熱油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:1)用氣相法或固相法或化學(xué)氣相沉積法制備納米粒子； 2)取步驟I)所得納米粒子，將其分散在去離子水中，機(jī)械攪拌或超聲波分散使其分散均勻； 3)加熱步驟2)所得分散均勻的納米粒子，不斷攪拌下緩慢加入分散劑進(jìn)行包覆改性，持續(xù)攪拌后，自然冷卻即得改性納米粒子； 4)O~180°C條件下，將步驟3)所得改性納米粒子分散到氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油中，攪拌，于80°C~120°C溫度下，保溫； 5)加入減阻劑，繼續(xù)保溫?cái)嚢韬?，自然冷卻，即得氫化三聯(lián)苯型高溫納米導(dǎo)熱油； 所述導(dǎo)熱油各組分重量份配比為:氫化三聯(lián)苯導(dǎo)熱油88~99.9份；改性納米粒子0.05~10份；減阻劑0.001~0.5份，所述分散劑與納米粒子的重量比為1: 0.05~0.30 ; 所述分散劑為親油性的表面活性劑劑司盤(pán)85，所述減阻劑劑為氯化十六烷基三甲基銨鹽或溴化十六烷基三甲基銨鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述納米粒子的平均粒徑為15nm，所述納米粒子選自納米銅、納米招、納米鐵、納米二氧化娃、納米氧化鋅、納米三氧化二招、納米二氧化鈦、納米氧化鎂的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述加入分散劑的溫度是50°C~100°C，所述持續(xù)攪拌的時(shí)間是30~60min ;步驟4)中所述保溫時(shí)間是I~2h ;步驟5)中，所述保溫時(shí)間是2~3h ;步驟4)中，分散所述改性納米粒子的溫度為90°C ;所述改性納米粒子所占重量份為3份。
【文檔編號(hào)】F24J2/34GK103923617SQ201310038891
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】曾智勇 申請(qǐng)人:深圳市愛(ài)能森科技有限公司