一種納米流體熱交換劑及其制備方法與用圖
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種納米流體熱交換劑及其制備方法和用途，所述制備方法包括如下步驟：S1：超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備；S2：硅凝膠的制備；S3：納米流體熱交換劑的制備。所述納米流體熱交換劑，通過(guò)特定的組分處理和選擇、特定的制備方法如工藝參數(shù)處理等，從而得到具有高溫?zé)岱€(wěn)定性好且性?xún)r(jià)比高等優(yōu)異性能的納米流體熱交換劑，在熱交換技術(shù)領(lǐng)域具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種納米流體熱交換劑及其制備方法與用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱交換劑其制備方法與用途，更特別地涉及一種納米流體熱交換 劑其制備方法與用途，屬于納米流體技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的進(jìn)步以及工業(yè)化的巨大和飛速發(fā)展，對(duì)于各種熱交換劑(也即冷卻液） 的需求越來(lái)越旺盛，且對(duì)其性能也有著越來(lái)越苛刻的要求。因此，在熱交換劑技術(shù)領(lǐng)域，對(duì) 于新型的、性能良好的熱交換劑的研發(fā)，一直是長(zhǎng)期以來(lái)科學(xué)家和科研工作者孜孜以求的 目的。
[0003]經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，截止目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了數(shù)代熱交換劑，它們有著各自的廣泛 使用范圍，在不同需求的領(lǐng)域中發(fā)揮了各自巨大和特定的作用。
[0004] 傳統(tǒng)的水基型熱交換劑應(yīng)用最為廣泛和普通，例如家用汽車(chē)、工礦企業(yè)等等，但其 仍存在顯著的缺陷，例如蒸發(fā)損失、水箱腐蝕、管路結(jié)垢等問(wèn)題。這些缺陷往往造成換熱器 的損失與破壞，故必須定期更換。此外，由于該類(lèi)熱交換劑的用量巨大，大量更換后的有毒 殘液如何收集并集中化處理，也業(yè)已成為當(dāng)前我國(guó)面臨的又一嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。
[0005] 有鑒于此，人們開(kāi)發(fā)了第二代有機(jī)型無(wú)水交換劑，該類(lèi)熱交換劑彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水基 型產(chǎn)品的上述缺陷，且具備免更換、無(wú)腐蝕、不結(jié)垢等諸多優(yōu)異特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于乘用 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)等多個(gè)具體領(lǐng)域，例如：
[0006] CN1336410A公開(kāi)了一種有機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，其由乙二醇1000份、癸二酸2-8份、 對(duì)苯二甲酸2-5份、甲苯并三唑1-4份、對(duì)叔丁基苯甲酸5-25份、辛酸1-12份、琥珀酸1-4份、 消泡劑0.1-0.2份組成。所述冷卻液具有良好的多金屬防腐性能、儲(chǔ)運(yùn)穩(wěn)定性好、抗硬水能 力強(qiáng)、環(huán)境污染小、不含有害成分、用量小的優(yōu)點(diǎn)及效果。
[0007] CN101955756A公開(kāi)了一種全有機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，其成分包括乙二醇1000質(zhì)量份、 十二烷二酸16-20質(zhì)量份、^^一烷二酸5-9質(zhì)量份、苯丙三氮唑1-5質(zhì)量份、2-乙基己酸3-6質(zhì) 量份、羥基苯甲酸0.5-3質(zhì)量份、水解聚馬來(lái)酸酐0.05-0.1質(zhì)量份、消泡劑0.1-0.3質(zhì)量份。 所述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液由全有機(jī)的化合物為原料，彼此具有極佳的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)多種金屬尤其 鋁具有優(yōu)異的防腐蝕性能;具有極佳的抗硬水性能；可大大提高冷卻液的儲(chǔ)備及使用穩(wěn)定 性；能有效地延長(zhǎng)防凍液的使用壽命；由于不含有亞硝、胺、磷、鉻等成分從而對(duì)環(huán)境無(wú)影 響。
[0008] CN102002347A公開(kāi)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)水冷卻液，其包含以下重量百分比的各組分： 乙^醇10-80%、丙二醇10 -80%、多兀醇5-20%、憐酸-鑰酸鹽0.1_0.8%、娃酸醋0.2 -0·9%、4_甲基1H-苯并三唑0 · 1-1 %、檸檬酸0 · 2-0 ·8%、癸二酸0 · 2-1 %、辛酸0 · 1-1 %、檸檬 酸鹽0.4-1.2%、助溶劑0.01-0.2%。所述冷卻液冰點(diǎn)-30~-50°C、沸點(diǎn)130~150°C，可以確 保發(fā)動(dòng)機(jī)在寒冷天氣的冷啟動(dòng)，同時(shí)工作溫度由原來(lái)的85-95 °C提高到95-150 °C。同時(shí)，由 于為非水體系，避免了電化學(xué)腐蝕，所添加的相關(guān)助劑對(duì)鋁和鋁合金及銅具有主動(dòng)抗腐蝕 的作用。
[0009] CN103059819A公開(kāi)了一種無(wú)水冷卻液組合物，其包括基礎(chǔ)液和復(fù)合腐蝕抑制劑， 其中基礎(chǔ)液包括丙二醇、乙二醇和二甘醇，還可以加入三甘醇和丙二醇醚，其中丙二醇醚為 丙二醇或其縮合物與醇類(lèi)發(fā)生縮合反應(yīng)后生成的醚類(lèi)產(chǎn)物;復(fù)合腐蝕抑制劑至少包括三聚 氰胺與多元脂肪酸的?；a(chǎn)物及水溶性鹽和羥基芳香酸及其水溶性鹽，還可以包括其它種 類(lèi)的腐蝕抑制劑，如鉬酸鹽、硅酸鹽、硅酸鹽穩(wěn)定劑、脂肪酸及其水溶性鹽。所述組合物具有 優(yōu)異的低溫冷卻性能、啟動(dòng)性能、高溫穩(wěn)定性能、腐蝕抑制性能和安全性能，適用于大功率、 重負(fù)荷，高溫工作環(huán)境的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[00?0] CN102367379A公開(kāi)了 一種全壽命發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，其包含如下重量百分比的各組 分：丙二醇10-50%、乙二醇50-80%、三唑類(lèi)化合物0.1-1 %、癸二酸0.5-3%、己二酸0.2-1 %、苯甲酸鈉0 · 5-1 · 5 %、無(wú)機(jī)堿0 · 3-5 %、消泡劑0 · 01-0 · 1 %、染色劑0 · 01-0 · 1 %。所述冷 卻液冰點(diǎn)_50°C以下、沸點(diǎn)166-191°C，由于不含水，徹底消除了含水冷卻液因有水而造成的 "開(kāi)鍋"、氣蝕、蒸發(fā)、結(jié)垢、生銹等問(wèn)題，避免了嚴(yán)重影響散熱的蒸汽氣阻層的產(chǎn)生，可以有 效提升發(fā)動(dòng)機(jī)功率，節(jié)省燃油。因?yàn)椴缓?，且有合理的緩蝕體系，徹底解決了腐蝕問(wèn)題。 [0011] CN102433106A公開(kāi)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系使用的無(wú)水冷卻液，其包含以下重量百分 比的各組分：丙二醇98.5-99.8 %、有機(jī)緩蝕劑0.1-0.9 %、助溶劑0.1-0.9 %、著色劑 0.0001-0.008 %。所述無(wú)水冷卻液冰點(diǎn)-58 °C、沸點(diǎn)188 °C，發(fā)動(dòng)機(jī)可在這個(gè)溫度區(qū)間穩(wěn)定工 作，解決發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱問(wèn)題，并在極端寒冷的天氣徹底解決水箱凍結(jié)的問(wèn)題。所添加的相關(guān)有 機(jī)緩蝕劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系具有抗腐蝕作用。
[0012] CN103351851A公開(kāi)了一種無(wú)水冷卻液，其包括重量百分比85-90%的丙二醇、重量 百分比9-15%的聚醚、重量百分比0.2%的緩蝕劑。通過(guò)采用上述成分配比的無(wú)水冷卻液， 利用在丙二醇和聚醚中添加一定比例的緩蝕劑從而達(dá)到緩解發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件內(nèi)壁的腐蝕， 從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
[0013] 而隨著科技的發(fā)展，人們又開(kāi)發(fā)出了涉及納米流體的無(wú)水熱交換劑，相對(duì)于第二 代有機(jī)型無(wú)水交換劑，其所具有的性能有了進(jìn)一步的改善與提升。例如：
[0014] CN101935518A公開(kāi)了一種用于微通道冷卻器的納米流體冷卻液及其制備方法，其 由水和經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的均勻懸浮于水中納米碳管構(gòu)成，其中納米碳管的重量分?jǐn)?shù)是從2-10 %。其制備方法是:將l_4g納米碳管加入到裝有65-90ml濃硝酸的燒杯里，超聲振蕩，使之 充分浸泡;移入到燒瓶里，置入油浴加熱直至濃硝酸沸騰，同時(shí)冷凝回流;加入去離子水，超 聲振蕩、清洗數(shù)次，直到納米碳管表面的pH值呈中性;將過(guò)濾的納米碳管放入烘箱中干燥； 將納米碳管均勻懸浮于水中，其中納米碳管的重量分?jǐn)?shù)是從2-10%，可得用于微通道冷卻 器的納米流體冷卻液。所述納米流體冷卻液不僅能顯著提高微通道冷卻器的散熱性能，同 時(shí)并未引起微通道進(jìn)出口壓力降的增大。
[0015] CN102031093A公開(kāi)了一種納米無(wú)水防凍液的制備方法，包括如下步驟：1、將66-68wt %的二乙二醇和乙二醇的混合液與22-24wt % %的丙二醇溶液攪拌均勻，得防凍基礎(chǔ) 液;2、在步驟1所得的防凍基礎(chǔ)液中加入4-6wt%的納米顆粒;3、在步驟2所得的混合溶液中 加入0.1-0.3wt %止沸劑;4、加入4.7-4.9wt %長(zhǎng)效緩釋劑;5、將步驟4所得溶液調(diào)節(jié)pH值至 7.5;6、將步驟5所得混合液蒸餾，除水份，得成品。其不僅有效地改變了現(xiàn)有技術(shù)易揮發(fā)，易 結(jié)垢，易腐蝕金屬設(shè)備，有效時(shí)間短的不足和缺陷，同時(shí)有效地提高了沸點(diǎn)，降低了冰點(diǎn)，極 大地提尚防凍液廣品的品質(zhì)。
[0016] CN102585782A公開(kāi)了一種適用于發(fā)動(dòng)機(jī)高溫低壓冷卻的納米無(wú)水冷卻油，其組成 按質(zhì)量百分比為:納米氧化物1-5;丙二醇85-95;甲酸銫1-3;三甲基甘氨酸1-2;檸檬酸0.5; 檸檬酸銨0.5。該冷卻油可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫低壓條件下工作，具有節(jié)油，減少尾氣中有害 污染物排放量，以及延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)及冷卻系統(tǒng)使用壽命的效果。
[0017] CN102703039A公開(kāi)了一種納米流體冷卻液的制備方法及其制備的納米流體冷卻 液，首先將二元醇與去離子水、堿混合均勻得到基礎(chǔ)液;然后向基礎(chǔ)液中加入硅酸乙酯，并 使其水解得到含二氧化硅納米顆粒的納米流體;再向納米流體中加入分散穩(wěn)定劑、緩蝕劑、 著色劑得到納米流體冷卻液。所述制備方法具有設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、條件溫和、原料利用率 高、成本低、易于大生產(chǎn)等特點(diǎn)。所制備的納米流體冷卻液穩(wěn)定性好、換熱能力強(qiáng)。
[0018] CN103468227A公開(kāi)了 一種碳納米管無(wú)水冷卻液，其中各個(gè)含量為:碳納米管0.5-10%、丙二醇89.45-99%、十六烷基三甲基溴化銨0.05% ;通過(guò)添加碳納米管，能夠大幅度 地提高其導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)其冰點(diǎn)可以達(dá)到_60°C，沸點(diǎn)高達(dá)180°C，而100°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)可高 達(dá)0.468W/mK以上，達(dá)到丙二醇基礎(chǔ)液0.234W/mK的2倍。
[0019] CN103666681A公開(kāi)了一種強(qiáng)化傳熱的納米冷卻液，其采用丙二醇作為基礎(chǔ)液，配 合多種復(fù)合添加劑，其各組分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:相對(duì)于基礎(chǔ)液含量，助劑3-5%、納米氧化鋁 0.3-1 %、穩(wěn)定劑0.1-1 %、消泡劑0.001-0.005%、緩蝕劑0.1-0.5%、防銹劑0.1-1 %、去離 子水1-3%，其具有良好懸浮穩(wěn)定性，組分均勻、穩(wěn)定；納米粒子增強(qiáng)了基礎(chǔ)液體的傳熱性 能，帶走多余熱量，避免發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件在過(guò)熱狀態(tài)下工作；并具有優(yōu)良的抗凍、抗沸、防 蝕、防垢的特點(diǎn)。
[0020] 如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了多種熱交換劑，但對(duì)于新型的熱交換劑及其制備方 法，仍存在繼續(xù)研究的必要，這不但是目前該領(lǐng)域中的熱點(diǎn)和重點(diǎn)課題，也具有良好的工業(yè) 化應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力，也更是本發(fā)明得以完成的動(dòng)力所在和基礎(chǔ)所倚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 有鑒于此，為了提供一種性能良好，如高溫?zé)岱€(wěn)定性好、低腐蝕、高沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性能 優(yōu)異且性?xún)r(jià)比高的新型納米流體熱交換劑及其制備方法，本發(fā)明人對(duì)此進(jìn)行了深入研究， 在付出了大量創(chuàng)造性勞動(dòng)后，從而完成了本發(fā)明。
[0022] 具體而言，本發(fā)明主要涉及一種納米流體熱交換劑及其制備方法和用途
[0023] 具體而言，本發(fā)明主要包括如下幾個(gè)方面。
[0024] 第一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種納米流體熱交換劑的制備方法，所述方法包括如下 步驟：
[0025] S1:超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備；
[0026] S2:硅凝膠的制備；
[0027] S3:納米流體熱交換劑的制備。
[0028]在本發(fā)明的所述納米流體熱交換劑的制備方法中，所述步驟S1具體如下：
[0029]將粒度為2_5μπι的硅藻土粉末加入到質(zhì)量百分比濃度為15-25%的強(qiáng)堿水溶液中， 加熱攪拌回流1 -3小時(shí)，靜置、冷卻、過(guò)濾，得到超細(xì)硅藻土堿溶濾液。
[0030] 在所述步驟S1中，所述娃藻土粉末的粒度為2-5μηι，例如可為2μηι、3μηι、4μηι或5μηι。
[0031] 所述硅藻土粉末是常規(guī)物質(zhì)，可通過(guò)多種渠道而商業(yè)購(gòu)得，在此不再進(jìn)行詳細(xì)描 述。
[0032] 在所述步驟S1中，所述強(qiáng)堿水溶液可為NaOH水溶液或Κ0Η水溶液;其質(zhì)量百分比濃 度為15-25%，例如可為15%、20%或25%，最優(yōu)選為20%。
[0033]在所述步驟S1中，所述硅藻土粉末與強(qiáng)堿水溶液的質(zhì)量比為1:1.5-2.5，例如可為 1:1.5、1:2或1:2.5〇
[0034]在本發(fā)明的所述納米流體熱交換劑的制備方法中，所述步驟S2具體如下：
[0035]將步驟S1得到的超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇進(jìn)行混合，攪拌、靜置、過(guò)濾，將 得到的膠凝物洗滌2-4次，然后干燥，即得到所述硅凝膠。
[0036] 在所述步驟S2中，所述超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇的體積比為1:1.7-2.3，例 如可為1:1.7、1:2或1:2.3。
[0037] 在所述步驟S2中，攪拌時(shí)間可進(jìn)行合適的確定，只要其不再析出膠凝物即可，通常 可為10-20分鐘，例如可為10分鐘、15分鐘或20分鐘。
[0038] 在所述步驟S2中，將得到的膠凝物洗滌2-4次，所使用的洗滌液可為無(wú)水醇或水， 例如可為無(wú)水乙醇、無(wú)水正丙醇或去離子水等。
[0039] 在所述步驟S2中，洗滌后的自然干燥時(shí)間并沒(méi)有特別的限定，例如可在自然環(huán)境 下干燥至表干，或者在30-40 °C下干燥10-20分鐘即可。
[0040] 在本發(fā)明的所述納米流體熱交換劑的制備方法中，所述步驟S3包括如下步驟：
[0041 ] S3-1:按照質(zhì)量份計(jì)，分別稱(chēng)取2-8份所述硅凝膠、0.4-0.8份二芐基二硫醇、2-10 份無(wú)水乙醇、0.8-1.2份鉬酸銨和0.3-0.6份三乙醇胺，混合均勻后，將所得混合物加入到高 速剪切機(jī)中，在70 ± 2 °C下，以500-800轉(zhuǎn)/分鐘攪拌至硅凝膠完全消溶，得到第一混合物； [0042] S3-2:向所述第一混合物中加入4-6質(zhì)量份丙炔醇（即乙炔基甲醇，下同）、70-90質(zhì) 量份多元醇，在100 ± 2°c下，以900-1200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌反應(yīng)30-40分鐘，從而得到所述熱交換 劑。
[0043] 在所述步驟S3-1中，所述硅凝膠的質(zhì)量份為2-8份，例如可為2份、4份、6份或8份。
[0044] 在所述步驟S3-1中，所述二芐基二硫醇（即二芐基二硫醚)的質(zhì)量份為0.4-0.8份， 例如可為0.4份、0.6份或0.8份。
[0045] 在所述步驟S3-1中，所述無(wú)水乙醇的質(zhì)量份為2-10份，例如可為2份、4份、6份、8份 或10份。
[0046] 在所述步驟S3-1中，所述鉬酸銨的質(zhì)量份為0.8-1.2份，例如可為0.8份、1份或1.2 份。
[0047] 在所述步驟S3-1中，所述三乙醇胺的質(zhì)量份為0.3-0.6份，例如可為0.3份、0.4份、 0.5份或0.6份。
[0048] 在所述步驟S3-1中，攪拌轉(zhuǎn)速為500-800轉(zhuǎn)/分鐘，例如可為500轉(zhuǎn)/分鐘、600轉(zhuǎn)/分 鐘、700轉(zhuǎn)/分鐘或800轉(zhuǎn)/分鐘。
[0049] 在所述步驟S3-2中，所述丙炔醇的質(zhì)量份為4-6份，例如可為4份、5份或6份。
[0050] 在所述步驟S3-2中，所述多元醇的質(zhì)量份為70-90份，例如可為70份、75份、80份、 85份或90份。
[0051]所述多元醇為丙二醇或乙二醇，或者為丙二醇與乙二醇的混合物，最優(yōu)選為丙二 醇與乙二醇的混合物。
[0052]當(dāng)為丙二醇與乙二醇的混合物時(shí)，丙二醇與乙二醇的體積比為1:4-6，例如可為1: 4、1:4.5、1:5、1:5.5 或1:6,最優(yōu)選為 1:5。
[0053] 在所述步驟S3-1中，攪拌轉(zhuǎn)速為900-1200轉(zhuǎn)/分鐘，例如可為900轉(zhuǎn)/分鐘、1000轉(zhuǎn)/ 分鐘、1100轉(zhuǎn)/分鐘或1200轉(zhuǎn)/分鐘。
[0054]如上所述，本發(fā)明提供了一種新型納米流體熱交換劑的制備方法，所述制備方法 通過(guò)特定組分的使用、處理和步驟（以及其中工藝參數(shù)的綜合協(xié)同），從而可以取得諸多優(yōu) 異性能，可以得到具有優(yōu)異性能的熱交換劑。
[0055]第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及通過(guò)上述制備方法得到的納米流體熱交換劑，該納米流 體熱交換劑具有優(yōu)異的高溫?zé)岱€(wěn)定性、低冰點(diǎn)、高沸點(diǎn)、穩(wěn)定的pH值、導(dǎo)熱系數(shù)高和優(yōu)異的 低腐蝕效果，且原料易得、價(jià)格低廉，從而性?xún)r(jià)比優(yōu)異，可應(yīng)用到多種熱交換技術(shù)領(lǐng)域中，具 有良好的應(yīng)用前景和工業(yè)化生產(chǎn)潛力。
[0056]第三個(gè)方面，本發(fā)明還涉及上述納米流體熱交換劑在熱交換技術(shù)領(lǐng)域中的用途。 [0057]如上所述，本發(fā)明提供了一種納米流體熱交換劑及其制備方法和用途，所述納米 流體熱交換劑，通過(guò)特定的組分處理和選擇、特定的制備方法如工藝參數(shù)處理等，從而得到 具有優(yōu)異性能的納米流體熱交換劑，其在熱交換技術(shù)領(lǐng)域具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景和市 場(chǎng)價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0058] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的所得熱交換劑J1的透射電鏡圖（TEM)，通過(guò)該圖可以清晰 地看出，J1中粒子膠團(tuán)（即步驟S2中得到的凝膠充分分散后得到的膠團(tuán)）的粒徑平均為8nm 左右，且分散均勻，無(wú)任何團(tuán)聚現(xiàn)象出現(xiàn)(而在目前現(xiàn)有技術(shù)中的納米冷卻液中，通常存在 團(tuán)聚現(xiàn)象）。
[0059] 實(shí)施例2-3所得的熱交換劑J2-J3的透射電鏡圖（TEM)高度類(lèi)似于圖1，因此不再一 一附上和進(jìn)行贅述。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但這些例舉性實(shí)施方式的用途和 目的僅用來(lái)例舉本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍構(gòu)成任何形式的任何限定，更非將 本發(fā)明的保護(hù)范圍局限于此。
[0061 ] 實(shí)施例1及對(duì)比例1-1至1-6 [0062] S1:超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備
[0063]將粒度為3μπι的硅藻土粉末加入到下表1中所示質(zhì)量百分比濃度的NaOH水溶液中 (其中硅藻土粉末與NaOH水溶液的質(zhì)量比為1:2 )，加熱攪拌回流2小時(shí)，靜置、冷卻、過(guò)濾，得 到超細(xì)硅藻土堿溶濾液；
[0064] S2:硅凝膠的制備
[0065]將步驟S1得到的超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇按照1: 2的體積比進(jìn)行混合，攪 拌15分鐘、靜置、過(guò)濾，將得到的膠凝物用無(wú)水乙醇洗滌2-4次，然后在35°C下干燥15分鐘， 即得到硅凝膠；
[0066] S3:納米流體熱交換劑的制備
[0067] S3-1:按照質(zhì)量份計(jì)，分別稱(chēng)取5份所述硅凝膠、0.6份二芐基二硫醇、6份無(wú)水乙 醇、1份鉬酸銨和0.45份三乙醇胺，混合均勻后，將所得混合物加入到高速剪切機(jī)中，在70°C 下，以650轉(zhuǎn)/分鐘攪拌至硅凝膠完全消溶，得到第一混合物；
[0068] S3-2:向所述第一混合物中加入5質(zhì)量份丙炔醇（即乙炔基甲醇，下同）、80質(zhì)量份 多元醇(為丙二醇與乙二醇的混合物，丙二醇與乙二醇的體積比為1:5)，在100°C下，以1100 轉(zhuǎn)/分鐘攪拌反應(yīng)35分鐘，從而得到熱交換劑。
[0069]其中，步驟S1中所使用的NaOH水溶液的質(zhì)量百分比濃度、所得熱交換劑的命名見(jiàn) 下表1。
[0070]表 1
[0072] 實(shí)施例2及對(duì)比例2-1至2-4 [0073] S1:超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備
[0074]將粒度為3μπι的硅藻土粉末加入到質(zhì)量百分比濃度為20%的NaOH水溶液中（其中 硅藻土粉末與NaOH水溶液的質(zhì)量比為1:1.5)，加熱攪拌回流1小時(shí)，靜置、冷卻、過(guò)濾，得到 超細(xì)硅藻土堿溶濾液；
[0075] S2:硅凝膠的制備
[0076] 將步驟S1得到的超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇按照1:1.7的體積比進(jìn)行混合， 攪拌10分鐘、靜置、過(guò)濾，將得到的膠凝物用無(wú)水乙醇洗滌2-4次，然后在30°C下干燥20分 鐘，即得到硅凝膠；
[0077] S3:納米流體熱交換劑的制備
[0078] S3-1:按照質(zhì)量份計(jì)，分別稱(chēng)取2份所述硅凝膠、0.8份二芐基二硫醇、2份無(wú)水乙 醇、1.2份鉬酸銨和0.3份三乙醇胺，混合均勻后，將所得混合物加入到高速剪切機(jī)中，在70 °C下，以500轉(zhuǎn)/分鐘攪拌至硅凝膠完全消溶，得到第一混合物；
[0079] S3-2:向所述第一混合物中加入4質(zhì)量份丙炔醇（即乙炔基甲醇，下同）、70質(zhì)量份 多元醇（為丙二醇與乙二醇的混合物，丙二醇與乙二醇的體積比見(jiàn)下表2)，在100°C下，以 900轉(zhuǎn)/分鐘攪拌反應(yīng)40分鐘，從而得到熱交換劑。
[0080] 其中，步驟S3-2中所使用多元醇中丙二醇與乙二醇的體積比、所得熱交換劑的命 名見(jiàn)下表2。
[0081] 表 2
[0083] 實(shí)施例3
[0084] SI:超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備
[0085]將粒度為3μπι的硅藻土粉末加入到質(zhì)量百分比濃度為20%的NaOH水溶液中（其中 硅藻土粉末與NaOH水溶液的質(zhì)量比為1:2.5 )，加熱攪拌回流3小時(shí)，靜置、冷卻、過(guò)濾，得到 超細(xì)硅藻土堿溶濾液；
[0086] S2:硅凝膠的制備
[0087] 將步驟S1得到的超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇按照1: 2.3的體積比進(jìn)行混合， 攪拌20分鐘、靜置、過(guò)濾，將得到的膠凝物用無(wú)水乙醇洗滌2-4次，然后在400°C下干燥10分 鐘，即得到硅凝膠；
[0088] S3:納米流體熱交換劑的制備
[0089] S3-1:按照質(zhì)量份計(jì)，分別稱(chēng)取8份所述硅凝膠、0.4份二芐基二硫醇、10份無(wú)水乙 醇、0.8份鉬酸銨和0.6份三乙醇胺，混合均勻后，將所得混合物加入到高速剪切機(jī)中，在70 °C下，以800轉(zhuǎn)/分鐘攪拌至硅凝膠完全消溶，得到第一混合物；
[0090] S3-2:向所述第一混合物中加入6質(zhì)量份丙炔醇（即乙炔基甲醇，下同）、90質(zhì)量份 多元醇(為體積比1:5的丙二醇與乙二醇的混合物），在100°C下，以1200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌反應(yīng)30 分鐘，從而得到熱交換劑，將其命名為J3。
[0091] 對(duì)比例3-1至3-6
[0092] 對(duì)比例3-1至3-3:除分別將實(shí)施例1-3的步驟S3中的多元醇由雙組分替換為相同 用量的單一組分丙二醇外，其它操作均不變，從而順次重復(fù)實(shí)施了實(shí)施例1-3,順次得到對(duì) 比例3-1至3-3,將得到的熱交換劑順次命名為D3-UD3-2和D3-3。
[0093] 對(duì)比例3-4至3-6:除分別將實(shí)施例1-3的步驟S3中的多元醇由雙組分替換為相同 用量的單一組分乙二醇外，其它操作均不變，從而順次重復(fù)實(shí)施了實(shí)施例1-3,順次得到對(duì) 比例3-4至3-6,將得到的熱交換劑順次命名為D3-4、D3-5和D3-6。
[0094] 對(duì)比例4-1至4-3
[0095] 除分別將實(shí)施例1-3的步驟S3中的二芐基二硫醇予以省略外，其它操作均不變，從 而順次重復(fù)實(shí)施了實(shí)施例1-3,順次得到對(duì)比例4-1至4-3,將得到的熱交換劑順次命名為 D4-l、D4-2和D4-3。
[0096] 對(duì)比例5-1至5-3
[0097] 除分別將實(shí)施例1-3的步驟S3中的丙炔醇予以省略外，其它操作均不變，從而順次 重復(fù)實(shí)施了實(shí)施例1-3,順次得到對(duì)比例5-1至5-3,將得到的熱交換劑順次命名為D5-UD5-2和D5-3。
[0098]性能測(cè)試
[0099]下面分別對(duì)上述實(shí)施例和對(duì)比例所得到的熱交換劑進(jìn)行多方面的性能測(cè)試，以考 察本發(fā)明的熱交換劑的性能，以及各個(gè)工藝參數(shù)和/或組分選擇對(duì)于最終性能的影響。
[0100] A、冰點(diǎn)和沸點(diǎn)的考察
[0101]按照熱交換劑領(lǐng)域中的常規(guī)認(rèn)識(shí)，通常認(rèn)為冰點(diǎn)<_45°C、沸點(diǎn)彡106°C便可滿(mǎn)足 要求。
[0102] 按照常規(guī)的冰點(diǎn)、沸點(diǎn)測(cè)量方法，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例得到的熱交換劑進(jìn)行 了測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)下表3。
[0103] 其中表中的"/"表示相同位置的參數(shù)對(duì)應(yīng)，例如"01-1/01-6"的沸點(diǎn)為"171.4/ 167.5"，則表示D1-1的沸點(diǎn)為171.4°C，而D1-6的沸點(diǎn)為167.5°C。其它也均是如此的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，不再一一贅述。
[0104] 表3
[0106] 由上表3可見(jiàn)：1、步驟S1中堿的質(zhì)量百分比濃度對(duì)于最終產(chǎn)品的性能有著顯著的 影響，當(dāng)為15%時(shí)能夠取得最好的技術(shù)效果，而偏離15%越大，則效果降低越明顯;但對(duì)于 相同的偏離值，低于15%的冰點(diǎn)、沸點(diǎn)要優(yōu)于高于15%時(shí)的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)（例如可見(jiàn)D1-1 (15%)和Dl-6(25%)的對(duì)比）；2、步驟S3的多元醇中丙二醇與乙二醇的體積比同樣顯著影 響著最終的產(chǎn)品性能，當(dāng)為1:5時(shí)能夠取得最好的效果，偏離該值越大，則性能降低越大;也 可以看出，對(duì)于相同的偏離值，高于1:5時(shí)的性能要優(yōu)于低于1:5時(shí)的性能(例如見(jiàn)D2-l(l: 4)與02-4(1:6));3、當(dāng)將多元醇替換為單一組分丙二醇或者乙二醇時(shí)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于11-了3， 性能有了顯著的降低；但仍?xún)?yōu)于D2-1至D2-4,這證明了只有也僅當(dāng)丙二醇與乙二醇體積比 為1:5時(shí)，取得了意想不到的技術(shù)效果改善，而當(dāng)不為1:5的比例時(shí)，則效果甚至要弱于單一 組分丙二醇或乙二醇，這證明此時(shí)并未發(fā)生任何協(xié)同改善效果，這是令人意想不到的。4、當(dāng) 步驟S3中省略掉二芐基二硫醇或丙炔醇時(shí)，都將導(dǎo)致性能有顯著降低。
[0107] 綜合考慮上表3中的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明J1-J3優(yōu)異溫度性能的取得，依賴(lài)于多個(gè)技 術(shù)特征的綜合協(xié)同，而并非某個(gè)單一因素所能控制和影響的。
[0108] B、pH值穩(wěn)定性和外觀(guān)考察
[0109]在制備得到后，立刻測(cè)量各自的熱交換劑在80°C下的pH值，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明J1-J3的pH 值為7.5-7.7之間，將其統(tǒng)一調(diào)節(jié)為7.6,同時(shí)也將所有對(duì)比例得到的熱交換劑的pH值均調(diào) 節(jié)為7.6。在避光、密閉和80 °C條件下儲(chǔ)存，分別測(cè)量第10天、40天和100天的pH，并考察相對(duì) 于初始值7.6的偏離百分比數(shù)值以及100天時(shí)各自的外觀(guān)狀況。結(jié)果見(jiàn)下表4。
[0110]表4
[0112] 其中，表示100天時(shí)外觀(guān)狀況的"V V"表示澄清、無(wú)任何沉淀或絮狀物；"V"表示 澄清，但有少許絮狀物；" X"表示有輕微渾濁和少許絮狀物;而"X X"表示渾濁較嚴(yán)重，且 存在明顯更多的絮狀物。
[0113] 由上表4可見(jiàn)，本發(fā)明的J1-J3具有非常優(yōu)異的高溫?zé)岱€(wěn)定性，在放置100天后pH值 幾乎無(wú)變化;而所有的對(duì)比例均有著明顯，甚至是顯著的穩(wěn)定性降低，尤其是D4-1~D4-3和 D5-1~D5-3,甚至出現(xiàn)了渾濁和絮狀物現(xiàn)象，同時(shí)pH值偏離也非常顯著，穩(wěn)定性有顯著的變 劣，這證明在本發(fā)明制備方法的步驟S3中，加入二芐基二硫醇或丙炔醇，尤其是二芐基二硫 醇的重要性和必要性，以及所取得效果的非顯而易見(jiàn)性。
[0114] C、腐蝕性測(cè)試
[0115] 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0085-91 "發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液腐蝕測(cè)定法(玻璃器皿法)"對(duì)本發(fā)明 實(shí)施例和對(duì)比例所得的不同熱交換劑進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)下表5。
[0116] 表5
[0117]
[0118] 由上表5可見(jiàn)：1、本發(fā)明的熱交換劑J1-J3具有非常優(yōu)異的低腐蝕性，從而對(duì)機(jī)械 部件沒(méi)有可影響正常使用的長(zhǎng)期實(shí)用性;2、步驟S1中堿的質(zhì)量百分比濃度、步驟S3的多元 醇中丙二醇與乙二醇的體積比也顯著的影響著最終產(chǎn)品的低腐蝕性能，只有堿的質(zhì)量百分 比濃度為20%和多元醇中丙二醇與乙二醇的體積比為1:5時(shí)，能夠取得最好的低腐蝕性能； 3、 當(dāng)將多元醇替換為單一組分丙二醇或者乙二醇時(shí)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于J1-J3,低腐蝕性能有了顯 著的降低；也與D2-1至D2-4相差不大，這證明了只有也僅當(dāng)丙二醇與乙二醇體積比為1:5 時(shí)，才能取得意想不到的技術(shù)效果改善，而當(dāng)不為1:5的比例時(shí)，則效果甚至要相同或稍微 弱于單一組分丙二醇或乙二醇，這證明此時(shí)對(duì)于低腐蝕而言并未發(fā)生任何協(xié)同改善效果。 4、 當(dāng)步驟S3中省略掉二芐基二硫醇或丙炔醇時(shí)，都將導(dǎo)致低腐蝕性能有顯著降低，尤其是 無(wú)二芐基二硫醇時(shí)，降低最為顯著。
[0119] 綜合考慮上表5中的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明J1-J3所具有的優(yōu)異低腐蝕性能的取得，依 賴(lài)于多個(gè)技術(shù)特征的綜合協(xié)同，而并非某個(gè)單一因素所能控制和影響的。
[0120] D、導(dǎo)熱性能測(cè)試
[0121] 按照熱流計(jì)法標(biāo)準(zhǔn)ASTMC518對(duì)本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例所得的不同熱交換劑進(jìn)行 導(dǎo)熱性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)下表6。
[0122] 表6
[0124] 由上表6可見(jiàn)，本發(fā)明的熱交換劑J1-J3具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。還可以看出，所有對(duì) 比例的熱交換劑相對(duì)于J1-J3都有明顯的、甚至是顯著的降低，尤其是省略了二芐基二硫醇 的D4-1~D4-3以及省略了丙炔醇的D5-1~D5-3。進(jìn)一步地還可以看出，當(dāng)僅僅使用丙二醇 或者乙二醇時(shí)(D3-1~D3-6)的導(dǎo)熱性能反而要優(yōu)于使用丙二醇與乙二醇混合物時(shí)(體積比 非1:5)的導(dǎo)熱性能，這進(jìn)一步證明了其它比例時(shí)反而沒(méi)有發(fā)揮協(xié)同效果，導(dǎo)致其導(dǎo)熱性能 反而要弱于使用任何一種單一組分時(shí)的性能。
[0125] 本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，制備方法中組分的加入順序?qū)τ谧罱K產(chǎn)品的性能也有著意想不 到的顯著影響，具體如下：
[0126] 實(shí)施例4-6
[0127] 除將步驟S3-1中的二芐基二硫醇改為在步驟S3-2中加入外，其它操作均不變，從 而重復(fù)進(jìn)行了實(shí)施例1_3，得到實(shí)施例4_6，將所得熱交換劑依次命名為J4、J5和J6。
[0128] 實(shí)施例7-9
[0129] 除將步驟S3-2中的丙炔醇改為在步驟S3-1中加入外，其它操作均不變，從而重復(fù) 進(jìn)行了實(shí)施例1-3，得到實(shí)施例7-9，將所得熱交換劑依次命名為J7、J8和J9。
[0130] 對(duì)J4-J9進(jìn)行上述相同方法的各個(gè)性能測(cè)試，所得結(jié)果分別見(jiàn)下表7-10。其中為了 便于對(duì)比，仍將J1-J3的數(shù)據(jù)一同列出。
[0133]由此可見(jiàn)，當(dāng)改變二芐基二硫醇和丙炔醇在制備方法中的加入順序時(shí)，導(dǎo)致所得 熱交換劑的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)均有一定程度的降低，尤其是J7-J9降低更為明顯。
[0136] 由此可見(jiàn)，當(dāng)改變二芐基二硫醇和丙炔醇在制備方法中的加入順序時(shí)，導(dǎo)致所得 熱交換劑的外觀(guān)狀況雖然沒(méi)有改變，但pH值偏離要顯著高于J1-J3,穩(wěn)定性有一定程度的降 低，尤其是J4-J6降低更為明顯。
[0137] 表9
[0139] 由此可見(jiàn)，當(dāng)改變二芐基二硫醇和丙炔醇在制備方法中的加入順序時(shí)，導(dǎo)致所得 熱交換劑的腐蝕性有了一定程度的降低，總體而言，J4-J6與J7-J9的低腐蝕性性能各有優(yōu) 劣，但均要明顯劣于J1-J3。
[0140] 表1〇
[0142]由此可見(jiàn)，當(dāng)改變二芐基二硫醇和丙炔醇在制備方法中的加入順序時(shí)，對(duì)于導(dǎo)熱 系數(shù)的影響非常顯著(甚至J4-J9的導(dǎo)熱性能與表6中的D1-1~D卜6相差無(wú)幾），這可能是導(dǎo) 致膠團(tuán)產(chǎn)生了凝聚或者分散不均勻，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱性能有顯著降低，發(fā)明人意欲進(jìn)行進(jìn)一 步的深入研究。
[0143] 綜合上述表6-10的數(shù)據(jù)以及J1-J3的數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn)，本發(fā)明的制備方法中，二芐基 二硫醇和丙炔醇的加入順序非常重要，只有先在步驟S3-1中加入二芐基二硫醇并在步驟 S3-2中加入丙炔醇時(shí)，才能取得最好的技術(shù)效果（即J1-J3)，而當(dāng)改變?nèi)魏我环N物質(zhì)的加入 順序時(shí)，都將導(dǎo)致性能有明顯的降低(尤其是表10中降低至與D1-1~D1-6相差無(wú)幾）。所有 的這些數(shù)據(jù)都表明了該獨(dú)特加入步驟的重要性和效果的非顯而易見(jiàn)性。
[0144] 如上所述，本發(fā)明提供了一種納米流體熱交換劑及其制備方法和用途，所述納米 流體熱交換劑通過(guò)獨(dú)特的制備方法、組分選擇和/或工藝參數(shù)的綜合協(xié)同，從而可得到具有 良好性能(如低腐蝕性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性能等)的熱交換劑，從而在多個(gè)領(lǐng)域具有良好的 工業(yè)化應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
[0145] 應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例的用途僅用于說(shuō)明本發(fā)明而非意欲限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。此外，也應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各 種改動(dòng)、修改和/或變型，所有的這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種納米流體熱交換劑的制備方法，所述方法包括如下步驟： S1:超細(xì)硅藻土堿溶濾液的制備； S2:硅凝膠的制備； S3:納米流體熱交換劑的制備。2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟S1具體如下:將粒度為2-5 μπι的硅藻土粉末加入到質(zhì)量百分比濃度為15-25%的強(qiáng)堿水溶液中，加熱攪拌回流1-3小 時(shí)，靜置、冷卻、過(guò)濾，得到超細(xì)硅藻土堿溶濾液。3. 如權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:所述強(qiáng)堿水溶液可為NaOH 水溶液或K0H水溶液;其質(zhì)量百分比濃度為15-25%，最優(yōu)選為20%。4. 如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述硅藻土粉末與強(qiáng)堿水溶液的質(zhì)量 比為 1:1.5-2.5。5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:所述步驟S2具體如下：將 步驟S1得到的超細(xì)硅藻土堿溶濾液與無(wú)水乙醇進(jìn)行混合，攪拌、靜置、過(guò)濾，將得到的膠 凝物洗滌2-4次，然后干燥，即得到所述硅凝膠。6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:所述超細(xì)硅藻土堿溶濾液與 無(wú)水乙醇的體積比為1:1.7-2.3。7. 如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于：所述步驟S3包括如下步 驟： S3-1:按照質(zhì)量份計(jì)，分別稱(chēng)取2-8份所述硅凝膠、0.4-0.8份二芐基二硫醇、2-10 份無(wú)水乙醇、0.8-1.2份鉬酸銨和0.3-0.6份三乙醇胺，混合均勻后，將所得混合物加入 到高速剪切機(jī)中，在70 ± 2°C下，以500-800轉(zhuǎn)/分鐘攪拌至硅凝膠完全消溶，得到第一 混合物； S3-2:向所述第一混合物中加入4-6質(zhì)量份丙炔醇（即乙炔基甲醇）、70-90質(zhì)量份多 元醇，在100 ± 2°C下，以900-1200轉(zhuǎn)/分鐘攪拌反應(yīng)30-40分鐘，從而得到所述熱交 換劑。8. 如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:所述多元醇為丙二醇或乙二醇，或?yàn)?丙二醇與乙二醇的混合物，最優(yōu)選為丙二醇與乙二醇的混合物。9. 權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的納米流體熱交換劑。10. 權(quán)利要求9所述的納米流體熱交換劑在熱交換技術(shù)領(lǐng)域中的用途。
【文檔編號(hào)】C09K5/10GK105969318SQ201610374971
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】何秋生, 羅逸
【申請(qǐng)人】武漢優(yōu)能納米流體技術(shù)有限公司