KAl(SO4)2·12H2O复合体系的相变特性

水合盐复合相变材料的研究进展房满庭;章学来;纪珺;华维三;刘彪;王绪哲【摘要】水合盐相变储能材料具有相变温度适中、导热系数大、潜热值高、价格低廉等优点,因而具有广阔的使用前景.然而,过冷、相分离、循环稳定性差等诸多问题限制了水合盐的实际应用.许多学者将水合盐与其它材料结合,构成复合相变材料,成功地解决了以上问题.前人对水合盐复合相变材料的研究以解决水合盐在使用过程中的上述问题居多.然而近年来,有研究者制备复合相变材料以改善水合盐的热物性,如相变温度、导热系数、潜热值等,取得了一定成果,但这一研究思路仍需进行进一步探索.文章将制备水合盐复合相变材料的目的作为线索,总结了水合盐复合相变材料的研究思路,详细介绍了国内外相关的研究工作和研究成果,并指出了今后水合盐复合相变材料的研究重点.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)004【总页数】9页(P709-717)【关键词】水合盐;复合相变材料;过冷;相分离;循环稳定性;热物性【作者】房满庭;章学来;纪珺;华维三;刘彪;王绪哲【作者单位】上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306;上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306;上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306;上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306;上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306;上海海事大学蓄冷技术研究所,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TQ037.1目前，能源短缺与环境破坏已成为全球经济发展的两大问题。

在我国，虽然能源总量很大，但是存在人均能源拥有量少与能源空间分布不均的问题。

与此同时，我国作为发展中国家，生产过程中难免会采用高排放、高能耗的生产方式，导致能源的利用率较低和环境的破坏。

相变储能技术使用相变材料（PCMs）来实现热能的储存和释放[1]。

相变储能技术利用相变材料的潜热进行储能，具有储能密度大和储能温度适宜等优点。

因此，在太阳能的连续利用、电力的削峰填谷、余热回收利用、冷链物流以及建筑暖通空调节能等领域具有很多的应用潜力，受到了广泛的关注[2-3]。

无机水合盐相变材料Na2SO4·10H2O的研究进展无机水合盐相变材料Na2SO4?10H2O的研究进展/黄金等?63?无机水合盐相变材料Na2SO4?10H20的研究进展黄金.柯秀芳(广东工业大学材料与能源学院,广州510090)摘要介绍3"Na2SO?10H20~作相变材料的储能特性,综述了针5~]-Na2SO4?10H203~-冷和相分离现象的解决方法以及Na2s04?10H20某些共晶盐的研究,同时简要概括了各因素对Na2SO4?10H20结晶速度的影响,展望了Na2SO4?10H20未来的发展方向.Na2SO?10H20作为相变材料的研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择,Na2SO?10H20的无机共晶盐表现出较好的储热性能,可以尝试研究在微,纳米级多孔限域作用下的无机水合盐及其共晶盐的储热性能.关键词相变材料十水硫酸钠共晶盐过冷相分离ResearchandDevelopmentofNazSO4?10H20asPhaseChangeMaterials HUANGJin,KEXiufang(CollegeofMaterialandEnergy,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090 )AbstractThecharacteristicsofNa2SO4'10H20asthephasechangematerialareintroduced. Thewaystosolvethe supercoolingandphaseseparationandsomeeutecticsaltsarereviewed.Theeffectsofdiferen tfactorsonthevelocityofcrystallizationarealsosummarized.Thedevelopmentdirectionoftheinorganicphasechang ematerialNa2SO410H20inthefutureispointed.Inconclusion,thestudyonNa2SO4'10H20asphasechangematerialsisfocu sedontheselectionofnucleat-ingagentsandthickeningagentsandtheinorganiceutecticsaltsofNa2SO4'10H20arewonde rfulmaterialsforheatstorage.ThestudyonheatstoragepropertyofNa2SO4'10H20anditsinorganicsalthydratesandeutecticsa ltsundermicron-nanoscaleporouslimitingfieldscanbeattempted.Keywordsphasechangematerials,sodiumsulfatedecahydrate,eutecticsalt,supercooling,p haseseparation0前言利用相变材料(Phasechangematerials)的相变潜热进行能量(热能和冷能)的贮存和应用是近年来引起应用化学家和能源环境学家广泛重视的研究课题].相变材料主要包括无机类(结晶水合盐,熔融盐等),有机类(石蜡类,酯酸类等)以及复合类等.Na2SO?10H20是一种典型的无机水合盐相变储能材料,俗称芒硝,白色或无色透明晶体,单斜晶系,呈芒状或颗粒状小晶体的集合体,或呈硬壳状和微密盐块状,密度1.4~1.5g/cm3,硬度莫氏标度1.5～2.0级,具有玻璃光泽,熔点32.4℃,易风化,味苦咸,溶于水,不溶于乙醇].Na2SO.?10H20属于低温储热材料,有较高的潜热(254kJ/kg)和良好的导热性能,化学稳定性好,无毒,价格低廉,是许多化工产品的副产品,来源广,因合适的相变温度,能用于贮存太阳能,各种工业和生活废热,与其它无机盐(如NaC1)形成的低共熔盐的相变温度可控制在20~30℃范围内.这一温度范围是人们生活和仪器,仪表正常工作的最佳温度区间].因此Na2SO.?10H20以其优越的性能,成为很具吸引力的潜热储热材料.1NazSO4.10H20的过冷和相分离现象作为相变材料,大多数水合盐都有过冷和相分离现象.经过加热一冷却循环后无机水合盐的过冷及相分离现象,一直以来都是水合盐类潜热式储热技术需要解决的最主要的难题.所谓过冷,即液相的水溶液温度降低到其凝固点以下仍不发生凝固,这样就使释热温度发生变动.在其储热后由结晶态变为液态时,因过冷不结晶就不能释放出所储存的潜热,而且由于过冷,液体随温度降低粘度不断增加,阻碍了分子进行定向排列运动,从而使其在过冷程度很大时形成非晶态物质,相应减小相变潜热.所谓相分离,即指结晶水合盐在使用过程中的析出现象.其成因和现象可简述如下:当(AB?mH20)型无机盐水合物受热时,通常会转变成含有较少摩尔水的另一类型AB?pH20的无机水合盐,而AB?pH20会部分或全部溶解于剩余的(m叩)摩尔水中.加热过程中,一些盐水混合物逐渐地变成无水盐,并可全部或部分溶解于水(结晶水).若盐的溶解度很高,则可以全部溶解,但如果盐的溶解度不高,即使加热到熔点以上,有些盐仍处在非溶解状态,此时残留的固态盐因密度大沉到容器底部而出现固液相分离.同样,Na2SO.?101-120也存在过冷和相分离现象.Na2SO.?10H20的熔点为32.4℃,但其过冷度达十几摄氏度,从热力学的角度来说,过冷是液相变为固相的推动力,而过冷现象对于相变储热非常不利盯.s.Na2SO.?10H20的相变储热循环过程可表示为:?广东省科技攻关项目(2006B13201001);校博士启动基金项目(053032)黄金:男,1975年生,博士,研究方向为相交储能材料及储能技术Te1:020-********E-mail:huangjiner@126.eom?64?材料导报2008年3月第22卷第3期Na2SO4?10H20Ti324~'Na2SO4(S)+饱和溶液将NaSO"?10HO升温到其转熔温度(32.4℃)时,发生不一致熔化,即63%的无水硫酸钠溶解在结晶水中,成为浓度为33.2%的饱和溶液,另外37%的无水硫酸钠不能溶解.由于该溶液与无水硫酸钠的密度(分别为1350kg/m和2680kg/m)相差较大,在重力作用下,无水硫酸钠会沉降到容器底部,出现同液分层现象j.因此要使Na:SO?10HO在储热中得到应用,必须采取措施解决其过冷和相分离现象.到目前为止,解决NaS04?10HO过冷的主要方法是添加成核剂法和冷指法.成核剂可作为结晶生成中心的微粒,使在凝固点时顺利结晶,减少或避免过冷的发生.成核剂的寻找很困难,一般来说是选择与该种水合盐具有相同晶型,相似原子排列,两者的晶格参数相差在15%以内的物质作成核剂,或通过试验来选择.可作NaSO?10HO成核剂的物质有Na2BO7?10H2O(硼砂),Li2B4o7?10H2O和(NH4)2B40?10HO等(见下面详细分析).冷指法即相变过程中保留部分固态Na2SO4?10H20,以这部分未融化的Na2SO?IOH20作为成核剂].为了防止在熔化时固液相的分层(包括成核剂由于密度的差异沉在容器底部而不能有效地起成核作用),需要加入一定量的增稠剂或悬浮剂(有时一起加).增稠剂的作用是提高溶液的粘度从而阻止水合盐聚集,但并不妨碍相变过程;悬浮剂是将析出的无水NaSO和成核剂均匀地分散在体系中,使它们与溶液充分接触.常用的增稠剂是活性白土,PCA (聚羧酸),YDS一1(一种水溶性的线性高分子,并可交联形成水凝胶),CMC(羧甲基纤维素)等.常用的悬浮剂有木屑和白碳黑等.有时,为了控制无水Na:SO和Na:SO?10H:O的晶体粒度,使晶体细小,均匀,可增加一定量的AACP(丙烯酰胺/丙烯酸共聚物)或SHMP(六角偏磷酸钠[(NaPO)])作为晶体结构改变剂.2NazSO4?10H2O的国外研究情况国外对结晶水合盐的研究在20世纪70年代就已经开始,80年代研究已经达到高峰.Telkes:在核化的经典研究中测试了NaSO.?10HO的几种同构成核剂晶格参数(见表1).研究结果指出,与Na:SO?10HO晶格参数非常接近的同构盐因太易溶,故不能作为成核剂.PbWO"无效,它的晶格参数与附着盐的偏差大于15%,硼砂(Na2B4O?10H0)与Na2s0?10H20的适应性良好,溶解也有限,事实证明是一种很好的成核剂.表1Na~SO?10H20的几种同构成核剂晶格参数Table1CrystallatticedataforisomorphicnucleatingagentsofNa2SO4?1OH2OBiswasE研究表明:在Na2SO4?10H20中加入3%(质量分数)的硼砂后,经几次熔化一冻结循环后的储热量就降为原先的25%,但若在加入硼砂的Na:S04?10HO中再加入适量的增稠剂活性白土(Attapulgiteclay),则在经历了许多次加热冷却循环后,储热容量仍能保持原先值的50%.1980～1983年Marks[I一发表的论文指出,通过控制Na:SO和NaSO?10HO在稠化十水硫酸钠相变混合物中的晶体粒度,能使贮热容量显着提高.其具体方法是:①加入1%像丙烯酰胺/丙烯酸共聚物(AACP)和六角偏磷酸钠(SHMP,(NaPO)]之类的晶体结构改变剂;②使用聚羧酸(PCA)增稠剂.在多达1600次冻熔循环中已获得理想蓄热量理论值的67%～82,且蓄热容量高于197kJ/,有效地克服了导致蓄热介质失效的因素,抑制了混合物的沉淀分离,防止了大晶粒的生成,增大了稠化剂的强度,保证了可逆反应,同时正确地解释了蓄热循环中热能存储损耗的原因, 大大增加了这种相变材料中极小Na:SO晶粒的晶核表面积,从而增强了溶解性.增稠剂的作用是将相变体系分散成一系列完全小的体积,这种分散体系的临界值为150～2001xm.这样,在完成结晶时,就为Na:s04和剩余溶液的重结晶提供了空间和途径,使十水化合物足以在结晶循环期间充分结晶.HerrickI"的研究表明,如果将Na:SO4?10H20置入以缓慢速度旋转的圆筒内,则在没有负荷的情况下,当经历了200次周期性溶解一冻结循环后,其相变潜热和性能几乎未减小和降低;在有负荷(313W/m的热流密度从圆筒外壁取走热量)的情况下,相变潜热可达理论值的67%,过冷度小于1.5℃.Hemck-认为,转动着的圆筒具有球磨机的作用,虽然转速很慢(3r/min),在不经历熔解一冻结循环时,明显地减小了颗粒的尺寸;而熔解一冻结循环过程中,十水硫酸钠的颗粒尺寸增大,正是这两个对颗粒尺寸起相反作用的效果才使得十水硫酸钠在经历长期加热一冷却循环后仍保持良好的性能.HerrickE]继续指出,当存放相变储热材料的圆筒以5r/min的速度旋转和采用不同质量百分比混合时,都能得到较好的结果.Herrick所用的混合物质量百分比见表2.具体做法是,按预定的质量百分比将硫酸钠与农用硼砂混合后,将混合物研磨成粉末状,再按比例加水.Shurcli"人为,转动着的圆筒除具有球磨机的作用外,还将使十水硫酸钠在冻结过程中的重力效应减到最小,而粉状化了的干硼砂也可将相变材料的过冷效应降到最低.表2混合物质量百分比[13]Table2Percentofweightforcompounds在应用方面,法国ELF—Union公司采用Na2s()4?10H20作相变材料制成储热装置,每1.7t相变材料可供100m:房间的取暖之用.日本人在玻璃窗内侧设置了集热,蓄热,放热屏障墙,其具体做法是:将许多芒硝装进玻璃管内,然后水平放无机水合盐相变材料Na2SO4?10H2O的研究进展/黄金等?65? 在木框中,并使之固定在玻璃窗的内侧,白天有日照时芒硝熔化,而傍晚因绝热板放在屏障墙与玻璃之问,故屏障墙向室内放热.另外,Marliacy进行了十水硫酸钠结晶过程的热动力学分析.国外对Na2s0?10HO的研究还有一些综述性文献报道].3NazSO4?10H2O在国内的研究国内从20世纪80年代开始相继展开了Na2S04?10HO作为相变储热材料的研究.阎立诚的研究表明,没有加成核剂的Na2SO4?10H2O,其过冷度约为10~C;在Na2SO4?10H2O 中加入3%左右的硼砂(Na2B40,?10H0)作成核剂,能起到较好的成核作用,使过冷度降低到2℃左右,配以一种叫YDS一1型的材料作增稠剂(该材料是水溶性的线性高分子,并可交联形成水凝胶)进行冻熔循环实验,500次循环后相变潜热衰减率为6.5%,1000次循环后相变潜热衰减率已达25.3%.丁益民[7JX~水合盐用作相变储热材料的成核原理进行了研究.研究结果表明:当成核剂与水合盐的晶格参数相差在15%以内时,能很好地起到成核作用.以Na2SO?10HO为研究对象,在其中加入不同含量(1～6%)的硼砂(Na2B40,?10H0)和4%的PbWO作成核剂进行了过冷度的对比试验,研究结果表明:4%的Pbw04作成核剂时效果不佳,过冷度高达13℃.硼砂作成核剂的效果要好得多,但硼砂含量过高和过低都不利于过冷度的控制,含量为3%时,成核效果最好,40次循环后,Na2SO?10HO的过冷度都在2.4℃以下.马江生对Na2SO?10HO作为相变材料进行了相变脱水差热分析,测得的热谱图上显示出4个吸热峰,研究结果认为:第一吸热峰失重相当1.9个结晶水,第二吸热峰失重相当3.1个结晶水,第三吸热峰失重相当5.1个结晶水,第四吸热峰失重相当10个结晶水.加入不同的添加剂,对Na2S04?10HO在40~42℃的恒温下进行13h的连续测试, 以观察相变材料的储热能力.研究结果显示,适量添加剂的NaS04?10HO相变储热材料在上述温度范围内可工作10h 以上,而本身温度变化不大,基本上维持在32~35~C之间, 表现出较高的储热能力.该文献还报道了NaSO?10HO的一些热物理性质:固相真比热.为2.72kJ/(kg?℃),固相导热系数A.为0.50W/(m?℃),液相导热系数Af为0.73W/ (m?℃),固相导温系数.为1.28x10m2/s,液相导温系数为1.77x104m~s.焦小浣啪]采用DSC法测试了Na2SO?10HO的熔化热与保温时间的关系,研究结果表明:①熔化热值开始随保温时间延长而增大较快,随后增长幅度变小并趋平坦,此时结晶过程趋于完全,所测的熔化热可作为标准熔化热;②不同组分的样品(非多元共熔体),其标准熔化热也不同,其值与NaSO?10HO的百分含量成正比.皮启铎l21讨论了差动热分析(DSC)在低温下测定十水硫酸钠熔化热的特点及局限性,对多次熔冻循环相变材料的最佳测定方法进行了研究,并对测定误差作了分析.研究结果表明:同一体系的水合盐,在不同深度处单位体积或单位质量的熔化热不同,不同体系的蓄热材料在其他条件相同时容器装料高度不同,则单位体积或单位质量熔化热不同,蓄热材料的热容含量及衰减状况不仅与熔冻次数有关,而且与熔化和冷冻深度及持续时间有关.冯海燕通过差热/热重联机(DTA/TGA)和差示扫描量热法(DSC)测定Na2SO?10HO的失水过程,对水合盐脱水过程几种可能的类型进行了探讨.研究表明,低温(100℃以下)水合盐脱水有两种类型:一种直接失去气态水,另一种先脱去液态水再进一步变为气态水,并从热力学上理论分析了两类脱水过程的原因.4NazSO?10H2o的一些低共熔混合物的性能研究所谓低共熔混合物即共晶盐相变材料EPCM(Eutectic Phasechangematerials),是指2种或2种以上物质组成的具有最低熔点的混合物.低共熔混合物具有与纯净物一样的明显的熔点,在可逆的固一液相变中始终保持相同的组分.相变储能材料应用中,低共熔混合物是比较理想的相变材料.胡起柱㈨采用步冷曲线法对三元体系Na2SO一NaNO,一H0中的Na2SO?10HO—NaNO多温截面进行了研究,作出了该截面的相图.该截面在74.1℃,24_3℃和13.0*C分别有一个四相转熔反应.阎立诚考虑在Na2SO?10HO中加入能与其形成共熔混合物杂质NaC1,制备了一系列NaC1含量不同的储热材料样品,并测定了它们的相转变点和储热能力.结果表明:随NaC1质量百分比的不断增大,材料的相转变点不断降低,储热能力也相应降低,但是在NaCI含量为13%左右时,出现例外,其储热量骤然增大.作者对此现象的解释是,在该比例时,NaC1与Na2SO?10H2O形成了一个稳定的共熔体.孙鑫泉在Na2SO?10HO中加入一定比例的NaC1,硼砂(成核剂),CMC(增稠剂),木屑或白碳黑(悬浮剂),HMP盐(晶习改变剂)和水等,形成低共熔混合体系,采用正交设计试验法,通过测定多次循环后的熔点,熔解热等指标,寻找最佳配比.研究结果表明,该体系的最佳组成为4%硼砂+7%木屑(或白碳黑)+2%CMC+0.2%m以及一定量的NaC1.主要研究结果见表3.裹3Na2SO.?IOH~O-NaC!共晶体系测试结果Table3TestresultsforNa2SOd?10H20-NaC1eu~cficsystem/'砌C条件共晶体系熔点.熔解热/(J/g)焦小浣.加'在Na2SO4?IOH~O中加入不同比例的NaC1和硼砂(成核剂),进行了熔化热随时间变化的研究,结果表明二?66?材料导报2008年3月第22卷第3期元共熔体的初始熔化热(保温时间等于或接近于零的熔化热)只达各自的50%左右,NaC1的添加使初始熔化热降低较大.谢全安l24采用微量量热法,利用Calver低温微量量热计对Na:SO?10H:O与NH4C1共晶相变蓄冷材料进行了热化学研究的工作.在不同实验条件下,测定出共晶盐相变材料的相变热为l18.19J/g,固体平均比热容为5.56J/(g?℃),液体平均比热容为14.38J/(g?℃).测试结果还表明,随着悬浮剂的加入,材料的相变热增大;所测得的升温DSC曲线的相变热略高于降温过程的相变热,笔者还测得了材料在4.5℃, 5.5℃,6.5℃和7.5℃下的等温DSC数据.以Avrami方程作数据处理的结果表明,该方程可以较好地描述该体系的结晶过程.温度的降低,成核剂的适量加入,都将导致Avrami方程速率常数逐渐增大.数据处理解得过程的活化能为953.6kJ/mol.数值为2.32～2.43的Avrami方程时间指数表明该体系的结晶过程应为三维依热成核机理,显微照相的图像结果亦证实了这一结论.该研究表明了以微量量热法进行新型相变蓄冷材料的研究与开发的有效性.徐玲玲研究了Na2SO?10H20体系,Na2HPO4?12H20体系及其复合体系的相变特性,测定了升温曲线和降温曲线,并初步探讨了解决体系中分层和过冷现象的措施.研究结果表明,Na:SO?10H:O体系的相变温度为33℃左右,由于它是一个不一致溶化化合物,易产生分层现象,采用的增稠剂CMC可以显着改善分层现象.该体系有轻微的过冷现象存在.Na2HPO?12H20体系的相变温度约为35~C,冷却过程中没有分层现象,但过冷现象严重.3%硼酸+3%硼砂对改善该体系的过冷度有一定作用,但效果不佳.结合两个体系的实验结果,尝试了将Na2SO?10H:O体系与Na2HPO?12H:O体系进行复合以期得到新的相变特征,80%Na:SO? 10H:O+20%Na:HPO?12H:O复合体系的相变温度为28～29.C,重复实验结果表明该体系重复性好,相变温度稳定, 分层和过冷现象基本消除.国内外相关文献对Na2SO?10H:O的热物性进行了实验测试,现综述于表4.表4NarSO?10H~O热物性Table4ThermophysicalperformancesforNa2SO4?10H2O熔点/~C熔解热/(kJ/kg)饱和溶液密度/(kg/m)固体密度/(kg/m)硬度固相真比热/(kJ/(kg?℃))固相导热系数/(W/(m?℃))液相导热系数/(W/(m?℃))固相导温系数/(x10'rn2/s)液相导温系数/(xl0~m2/s)32.4c,32.38c,31∞],33c254E26,28],251.1_29],251[27,1931300:.135ff]1485E.1458:]1.5～2.O[5]2.72E6]O.50E.O.544]0.73c611.28c611.77c61有关Na2SO4?101420的DSC,DTA,TGA,DTGA经典测试图以及Na:SO?10H:O及其共晶盐的相图和多温截面图摘录如下:图l为文献[22]测试出的Na2SO?10H:O的DTA/TGA/DTGA曲线,图2为文献[22]测试出的Na2SO? 10H:O的DSC曲线.图3为文献[23]采用步冷曲线法测出的Na2SO?10H20一NaNO多温截面图,图4为文献[10]和文献[25]报道的Na:s04一HO体系的二元相图.图1Na,SO,?10H20的DTA/TGA/DTGA曲线Fig.1DTA/TGA/DTGAcurvesforNarSO4?10H~Og葛fCfC图2NarSO?101120的DSC曲线Fig.2DSCcurvesforNa2SO4?1OH2O706050403020l0l030507090BNaNOd%图3Na,SO4?10It2O—NaNO3多温截面图Fig.3P0lythermalsectionforNa2SO4?1OH20-NaNO3504036鬯.20l00l020********x(Na2SO)/%图4Na2SO4-H20体系的二元相图Fig.4PhasediagramforNa,SO4-H20system一体/№-lr.-..........r...-.....-.._..........-_-r.__..L....,L_.......L无机水合盐相变材料Na2SO?10HEO的研究进展/黄金等5结语(1)将Na2SO?10H20作为相变材料的研究主要集中在成核剂和增稠剂的选择,且重复性很多,结果也有所不一,这可能是由于实验条件以及所用试剂的规格不同等各种因素造成的.研究较多的成核剂主要是硼砂,增稠剂相对集中在CMC(羧甲基纤维素).(2)对Na2SO?10H2O无机共晶盐的研究主要有Na2SO?l0H20-Na2HPO4?12H2O,Na2SO4?lOH20-NI-hC1,Na2SO4?10H20-NaC1以及Na2SO4?10H20一NaNO3等体系,而且都取得了较好的研究效果,主要表现在过冷现象基本控制,熔化潜热较大,这可能是由于共晶盐作为相变材料的优点所在.对Na2SO?10O有机共晶盐的研究相对较少.(3)整体研究水平大都还停留在试验阶段,商业化应用不多,其原因还是过冷和相分离现象.因此今后要对水合盐的过冷和相分离从成核机理进行更为透彻的研究.现在纳米技术在相变材料的制备上已有应用_3l】,笔者认为可以尝试进行在微纳米多孔限域作用下的水合盐成核结晶研究.参考文献l朱冬生,剧霏,刘超,等.相变材料CH,COONa?3H20的研究进展[J].中国材料科技与设备,2007,(1):302张寅平,胡汉平,孔祥冬,等.相变储能理论和应用[M].合肥:中国科技大学出版社,19963陈云深,陈凯,沈斌君,等.交联定形相变储能材料的研制[J].复合材料,2006,23(3):674黄金,张仁元,伍彬.复合相变储能材料制备工艺对其浸渗率和相对密度的影响[J].材料科学与工程,2006,24(5):6535蔡作乾,王琏,杨根.陶瓷材料辞典[M].北京:化学工业出版社,20026马江生.相变储热材料_Na2sO?10H20的研制[J].海湖盐与化工,1994,23(1):377丁益民,阎立诚,薛俊慧.水合盐储热材料的成核作用[J].化学物理,1996,9(1):838SuatCanbazoglu.eta1.Enhancementofsolarthermal energystorageperformanceusingsodiumthiosulfate pentahydrateofaconventionalsolarwater-heatingsystemlJ].EnergyandBuildings,2005,37:2359孙鑫泉,龚钰秋,徐宝庆.十水硫酸钠体系潜热蓄热材料的研究[J].杭州大学,1990,1l(2):19510DipakRBiswas.Thermalenergystorageusingsodiunl sulfatedecahydrateandwaterlJ].SolarEnergy,1987,19(1):9911StephenBMarks.Aninvestigationofthethermalenergy storagecapacityofGlauberssaltwithrespecttothermalcyclinglJJ.SolarEnergy,1980,25(5):25512StephenBMarks.Theeffectofcrystalsizeonthethermal energystoragecapacityofthickenedGlauber'ssaltlJ]. SolarEnergy,1983,30(1):45l3HerrickCS.Melt.fi'eeze.cyclelife.testingofGlauber'ssalt inarollingcylinderheatstorelJJ.SolarEnergy,1982,28 (2):99mentson"Glauberssaltinrotating cylinder:pressuregaugeshowsamountofstoredheat"lJ] SolarEnergy,l984,32(2):3l5l5郝新民.十水硫酸钠相变潜热在太阳能蓄热技术中的应用[J].新能源,1990,(1):l316MarliacyP,eta1.Thermodyna—micsofcrystallizeationof sodiumsulfatedecahydrateinH2O-NaC1-Na2SO4: applicationtoNa2SO4'10H20-basedlatentheatstorage materialslJJ.Thermochi—micaActa,2000,(344):8517MohammedMF,eta1.Areviewonphasechangeenergy storage:materialsandapplications[J].EnergyConversion andManagement,2004,(45):1597l8BelenZ.eta1.Reviewonthermalenergystoragewith phasechange:materials,heattransferanalysisand applications[J].AppliedThermalEnergy,2003,(23):25ll9阎立诚,丁益民,孙宇光.Na2SO?10O系储热材料研究[J].上海科技大学,1991,14(4):9920焦小浣,胡文旭,等.十水硫酸钠相变储热材料应用研究[J].陕西师范大学(自然科学版),1996,24(3):3721皮启铎.十水硫酸钠熔化热的差动热分析[J].太阳能学报,1992,l3(3):30322冯海燕,刘晓地,葛艳蕊,等.水合盐的几种脱水过程探讨[J].无机化学,2000,16(1):8923胡起柱,梁树勇,张太平,等.Na2SO4?10H20-NaNO3多温截面[J].华中师范大学(自然科学版),1992,26(2):19624谢全安,郑丹星,武向红.Na2SO?10H20共晶盐的热化学研究[J].太阳能,2002,23(1):7025徐玲玲,沈艳华,梁斌斌.Na2SO4?10H2O和Na2HPO4? l20体系的相变特性[J].南京工业大学,2005,27(4):2726AbhatA.Lowtemperaturelatentheatthermalenergy storage:heatstoragematerialslJJ.SolarEnergy,1983,30 (4):3l327DickinsonWC,CheremisinoffPN.SolarEnergyTechnol—ogyHandbook.London:Buterworths,198628HawesDW,FeldmanD,tentheatstoragein buildingmaterials[J].EnergyBuilding,1993,(20):7729GeorgeWScherer.Stressfromcrystallizationofsalt[J]. CementandConcreteRes,2004,(34):161330PaulWencilBrow.JohnW.Evaluationofthevariationin thermalperformanceinaNa2SO410H2Ophasechange system[J].SolarEnergyMaterialandCells,1986,(13):45331方玉堂,匡胜严,张正国.纳米胶囊相变材料的制备[J]. 化工,2007,58(3):771(责任编辑周真真)。

KAl(SO4)2‧12H2O。

又称：明
矾、白矾。

是含有结晶水的硫
酸钾和硫酸铝的复盐。

为无色
透明的立方晶体，外表常呈八
面体，或与立方体、菱形十二
面体形成聚形。

有玻璃光泽。

密度1.757g/cm3，熔点92.5℃。

64.5℃
时失去9个分子结晶水，200℃时失去12个分子结晶水，溶于水，不
溶于乙醇。

十二水合硫酸铝钾（下称明矾）是所有晶体中最好做的一种。

难度基本为零。

必要的材料：明矾（分析纯），150ml培养皿，250ml烧杯，玻璃棒，镊子，去离子水。

可选的材料：温度计，漏斗，滤纸（中速）
步骤：
1.使用电子天平称取60g明矾。

2.加热去离子水至沸腾，并倒出200ml至烧杯中。

3.将60g明矾放入烧杯中，并用玻璃棒搅拌至完全溶解。

4.将完全溶解后的明矾不饱和溶液用漏斗和滤纸过滤，并取150ml溶液倒入培养皿中。

5.将盛满明矾溶液的培养皿小心转移到其他地方，过程中不能倾洒溶液。

6.静置溶液，用其他的培养皿盖住装满溶液的培养皿，静置一天到两天。

静置时不能震动
溶液，不能触碰溶液，不能降温过快，否则会完全失败。

附录：
1.晶体最好晚上做，早晚室温不宜过大。

2.培养皿可以换成烧杯。

3.温度降低的越快，晶体最终的形状越好。

4.静置过程中不能用镊子触碰晶体，否则会使得溶液底部出现密集的小晶粒。

5.过滤可以使用干净的眼镜布。

6.直接培养晶体，即无核结晶，得到的是不完整的晶体，想要得到完整的晶体可以使用悬
挂法。

十二水合硫酸铝钾水解化学方程式嘿，宝子们！今天咱们来唠唠十二水合硫酸铝钾这个神奇的东西水解的化学方程式，那可老有趣了。

你看啊，十二水合硫酸铝钾，就像一个超级复杂的魔法组合，它的化学式是KAl(SO₄)₂·12H₂O。

当它开始水解的时候，就像一场超级大派对开始了。

首先呢，铝离子Al³⁺就像一个调皮的小捣蛋鬼，一进入水中就开始不安分了。

它会和水发生反应，就像小捣蛋鬼去拉着水分子一起玩耍。

化学方程式是Al³⁺+3H₂O ⇌ Al(OH)₃+3H⁺，这就好比小捣蛋鬼把平静的水分子弄得乱七八糟，生成了氢氧化铝这个有点像棉花糖一样的东西（当然只是比喻啦），还产生了氢离子这个小刺头。

然后啊，硫酸根离子SO₄²⁻呢，就像一个冷静的旁观者，在旁边看着铝离子在那折腾，自己基本不怎么参与这场混乱的游戏。

钾离子K⁺呢，就像一个老实巴交的小老弟，也是在一旁看着，偶尔和水分子打个招呼，但也不会引起什么大动静。

你再看啊，这个水解反应是可逆的，就像一个可以来回切换的魔法门。

一会儿铝离子把水分子变成氢氧化铝和氢离子，一会儿呢，氢氧化铝和氢离子又可能重新变回铝离子和水，就像玩一场随时可以重来的游戏。

要是从整个溶液的角度看，就像一个小社会一样。

铝离子是那个爱折腾的创新者，不断地改变着周围的环境，而硫酸根离子和钾离子就是那些保守的居民，默默维持着基本的秩序。

这个水解反应还受很多因素影响呢。

温度就像一个严厉的大老板，如果温度升高，就像大老板下了命令加快进度，水解反应会进行得更厉害一些，更多的铝离子会去和水玩这个折腾的游戏。

酸碱度也像一个爱捣乱的小妖精。

如果溶液偏酸性，氢离子这个小刺头太多了，就会抑制铝离子的水解，就像小刺头们把铝离子围起来不让它去和水玩。

要是溶液偏碱性呢，氢氧根离子就像一群热情的小伙伴，会和铝离子反应得更欢快，让水解反应朝着生成氢氧化铝的方向大步前进。

而且这个水解反应在生活中还有很多用途呢。

2023 年一般高等学校招生全国统一考试理科综合力气测试(北京卷)第一局部本局部共14 题，每题3 分，共42 分。

在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1.近年来，我国航空航天事业成果显著。

以下成果所涉及的材料为金属材料的是( ) A．“天宫二号”航天器使用的质量轻强度高的材料——钛合金B．“北斗三号”导航卫星使用的太阳能电池材料——砷化镓C．“长征五号”运载火箭使用的高效燃料——液氢D．“C919”飞机身使用的复合材料——碳纤维和环氧树脂『答案』 A『解析』钛合金是合金材料，属于金属材料，故A 符合题意；砷化镓是一种半导体材料，不是金属材料，故B 不符合题意；液氢是液态氢气单质，氢元素是非金属，不是金属材料，故C 不符合题意；碳纤维是碳元素组成的一种单质，是无机非金属材料，环氧树脂是有机高分子合成材料，都不是金属材料，故D 不符合题意。

『答案』选A。

2.以下物质的应用中，利用了氧化复原反响的是( )A．用石灰乳脱除烟气中的SO2B．用明矾[KAl(SO4)2·12H2O]处理污水C．用盐酸去除铁锈(主要成分Fe2O ·x H2O)D．用84 消毒液(有效成分NaClO)杀灭细菌『答案』 D『解析』SO2 是酸性氧化物，可与碱反响，用石灰乳脱除烟气中的SO2时，SO2与氢氧化钙反响生成亚硫酸钙或亚硫酸氢钙，反响过程中无元素的化合价变化，没有利用氧化复原反应，故A 不符合题意；用明矾[KAl(SO )·12H O]溶于水中，电离出的铝离子发生水解生成4 2 2氢氧化铝胶体，利用胶体的吸附性可吸附污水中的固体颗粒物，该过程利用胶体的吸附性，发生的反响没有发生化合价变化，没有利用氧化复原反响，故B 不符合题意；用盐酸去除铁锈(主要成分Fe O·x H O)，发生的主要反响为6HCl＋Fe O ===2FeCl ＋3H O，反响中没有2 3 2 2 3 3 23B ．AsH 3 的电子式是 2 2333 3 33元素化合价的变化，没有利用氧化复原反响，故C 不符合题意；84 消毒液有效成分NaClO ， 具有强氧化性，能使蛋白质发生变性从而杀死细菌病毒，杀菌消毒的过程利用了氧化复原反响，故D 符合题意；『答案』选 D 。

KAlSO4性质的探究
韶关市第二中学钟历义
1.（2009年华师附中 3月 26）（2009年学海导航六 24）
（9分）明矾是一种常用的净水剂和食品膨松剂。

某校兴趣小组的同学用明矾样品作了以下研究：
I．验证明矾的成分
（1）验证明矾中是否舍有结晶水的实验方法是。

（2）验证明矾中是否含有K+的实验方法是。

（3）验证明矾中是否含有Al3+的实验操作是。

（4）验证明矾中是否含硫酸根离子（实验操作略）．
结论：通过以上实验证明明矾中含有钾离子、铝和硫酸根离子和结晶水。

Ⅱ．研究明矾的性质：
向明矾[KAl（SO4）2·12H2O]溶液中逐滴加入Ba（OH）2溶液至过量．
（5）当明矾为l mol时，试在图中画出生成的每种沉淀物质的量随Ba（OH）2物质的量交化的曲线（标明化学式）。

（6）当向体积为a L．浓度为M mol／L的明矾溶液中滴加b L，浓度为N mol／L的Ba （OH）2溶液时。

用含a、M、N的代数式表达：
当b满足时，沉淀的总物质的量最大．
答案：26．（9分）
（1）加热法（1分）
（2）焰色反应（1分）
（3）取少量样品溶于水，配成溶液，逐
滴加NaOH溶液至过量，若先有白色沉淀
生成后溶解，说明明矾中含有铝离子。

（1
分）
（5）（4分，每条曲线及标注2分）
（6）当a×M×1．5=bN时，沉淀总
量最多（2分）。

十二水合硫酸铝钾分子结构十二水合硫酸铝钾分子结构旨在向读者全方位介绍这种物质的组成、结构和特性。

十二水合硫酸铝钾（KAl(SO4)2·12H2O）是一种白色晶体粉末，具有多种特性。

本文将首先介绍十二水合硫酸铝钾的化学成分，接着结合X射线晶体学技术详细介绍其分子结构，并最终讨论一些与该物质相关的实际应用。

十二水合硫酸铝钾的化学成分十二水合硫酸铝钾的分子式为KAl(SO4)2.12H2O。

该化合物包含一个钾离子、一个铝离子和两个硫酸根离子。

除此之外，还有12个水分子结合在其晶体结构中。

十二水合硫酸铝钾是一种强酸性物质，在水中易溶解，形成硫酸根离子和钾离子。

分子结构与KAl(SO4)2·12H2O十二水合硫酸铝钾晶体属于三斜晶系，空间群为P1̅。

其晶胞参数为a=9.496 Å、b=12.767 Å、c=6.020 Å，α=96.08º、β=107.00º、γ=107.17º，体积为750.4 Å3。

晶体中每个KAl(SO4)2·12H2O分子中共有7个原子（一个K原子、一个Al原子、两个S原子和三个O原子）。

钾离子和铝离子之间由4个氧原子桥接，硫酸根由2个氧原子桥接，形成水平方向上成链，链之间由氢键和10个结晶水分子连接形成三维网络结构。

晶胞中有一个KAl(SO4)2·12H2O分子和12个结晶水分子，构成一层。

十二水合硫酸铝钾的应用十二水合硫酸铝钾在医学、工业、环保等领域有着广泛的应用。

以下是针对部分应用领域的简述：1. 治疗伤口十二水合硫酸铝钾被广泛应用于医学领域，可用于治疗清洁伤口、舒缓皮肤过敏等。

2. 染料、造纸业某些钾铝矾盐可用于染料、造纸、制革等行业，在工业领域中也有着广泛的应用。

3. 污水处理十二水合硫酸铝钾可用于污水处理，因其具有良好的沉淀效果，能够将一些重金属等污染物快速沉淀下来。

硫酸镁-硫酸铝钾混合水合盐相变储热材料防结块性研究杨棁;史嘉乐;郑茂盛;滕海鹏;胡军;魏利平【摘要】文中针对硫酸镁-硫酸铝钾系水合盐(8∶2)相变材料的结块问题,分别添加不同比例的防结块剂碳酸钙和氧化铝对其进行改性,通过对比分析寻找添加防结块剂的最佳比例.研究表明:添加1.5％氧化铝的混合盐体系储热性能较好,经200次冷热循环后相变放热焓值仍可达到198.4 J/g,相变温度稳定在49℃左右、放热平台时间可持续10 min,改性过的相变材料满足太阳能储热材料的基本要求.说明了添加1.5％氧化铝粉末在该混合盐相变材料的防结块方面具有良好的效果.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】氧化铝粉末;防结块剂;水合无机盐相变材料;储热性能【作者】杨棁;史嘉乐;郑茂盛;滕海鹏;胡军;魏利平【作者单位】西北大学化工学院,西安710069;西北大学化工学院,西安710069;西北大学化工学院,西安710069;西北大学化工学院,西安710069;西北大学化工学院,西安710069;西北大学化工学院,西安710069【正文语种】中文【中图分类】O780 引言结块现象是物质由松散状态转变为团块状的一种性质[1]。

很多无机盐产品都存在结块现象[2]，这一特性改变了产品原有的自然流动状态，对其使用带来了不便。

在水合无机盐相变材料的循环性能研究中，对于某些易结块的相变材料，通常在材料中添加防结块剂以改善材料的结块问题。

目前公认的晶体结块机理是由Gamondes在1977年提出的晶体桥联理论和毛细吸附理论[3]。

结块理论认为晶体结块的原因是表面被溶解之后发生重结晶，从而使小的结晶粒融合成团。

惰性防结块剂的防结块机理是在晶体颗粒间形成阻隔，使溶解和重结晶过程中所形成的晶桥在结构上不完整，易于断裂，因而即使结块也容易破碎。

Arno A.C.Bode等人曾经研究过防结块剂对氯化钠的影响[4]，Stefan Baueregger等学者也对惰性粉末高岭土对乳胶聚合物成膜影响因素进行了分析[5]。

酸性矿渣粉活性激发剂配方试验研究袁俊航;隆威【摘要】采用工业废弃物———酸性矿渣粉取代水泥作为胶凝材料，以激发酸性矿渣粉活性、提高砂浆综合性能、降低矿山充填成本为目的而进行试验研究，以抗压强度为指标，通过单一激发剂、复合激发剂激发酸性矿渣粉制成胶凝材料的试验，确定了激发酸性矿渣粉活性较好的激发剂，然后选取了4种激发剂进行正交试验，得出了3个不同龄期的最优激发配方。

解决了酸性矿渣粉难被激发利用的问题。

%The test was made with industrial waste-acid slag powder in place of cement as cementitious material to stimulate the activity of acid slag, improve comprehensive performance of mortar and reduce the cost of mine filling.Take the com-pressive strength as index, the test is carried out on cementitious materials which was made of single and composite excita-tion acid slag powder, the activators which can stimulate the acid slag power were determined.4 activators were selected for orthogonal test and 3 optimal excitation formulations with different ages were obtained.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P71-75)【关键词】酸性矿渣粉;活性激发;激发剂;抗压强度;正交试验;胶凝材料【作者】袁俊航;隆威【作者单位】中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083;中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TU521.4我国的矿产开采量占世界首位，由于资源开发与环境保护脱节，这些年来采矿造成了诸多破坏［1］。