摘 要

太阳能资源作为未来发展依赖的新型能源，但是由于其时间和空间上的不连续性，太阳能光热发电的应用和普及需要储热技术的支持。储热技术的核心是关于储热材料的创新和开发，碱金属硝酸盐具备优异的热物理性能，是未来发展前景十分可观的储热材料。然而，熔融盐的比热容较低，这一点极大阻碍了它们的应用。提高硝酸盐的比热容有利于提高它们的储热能力。

本文主要是使用硝酸钠为主要原料，以尿素为燃料，通过溶液燃烧法来制备成改性硝酸钠。通过改变尿素的含量来分析最佳的改性工艺。

在制备得到改性硝酸钠之后，首先使用X射线衍射分析（XRD）技术来对材料的成分进行分析；通过红外吸收光谱（FTIR）来进一步分析确认样品的组成和吸收谱带的位置；通过扫描电镜（SEM）来拍摄并观察样品的表面微观形貌；使用差热分析（DSC）技术来分析随着加入尿素的含量多少对改性硝酸钠热物理性能提升的影响。并且探究出得到最佳的改性工艺。

通过本文的研究，不仅探究了对改性硝酸钠的制备工艺，并且在对所获得的样品进行分析之后，发现了再加入适当尿素的比例之后，硝酸钠的比热容得到了很好的提升。并且探究了改性之后的组织结构和热物理性能之间的关系。

关键词：储热材料；溶液燃烧法；熔融盐；硝酸盐；热物理性能

Abstract

As a new energy source for future development, the application and popularization of solar thermal power generation need the support of heat storage technology because of its discontinuity in time and space. The core of heat storage technology is about the innovation and development of heat storage materials. Alkali metal nitrate has excellent thermophysical properties and is a promising heat storage material in the future. However, the low specific heat capacity of molten salts greatly impedes their application. Increasing the specific heat capacity of nitrate is beneficial to improve their heat storage capacity.

In this paper, modified sodium nitrate was prepared by solution combustion with sodium nitrate as the main raw material and urea as the fuel. The optimum modification process was analyzed by changing the content of urea.

After the modified sodium nitrate was prepared, the composition of the material was first analyzed by X-ray diffraction (XRD). Differential thermal analysis (DSC) was used to analyze the influence of the content of urea on the thermophysical properties of modified sodium nitrate. Scanning electron microscopy (SEM) was used to capture and observe the surface microstructure of the sample. The composition of the sample and the position of the absorption band were analyzed by FTIR. The optimum modification process was also explored.

Through the study in this paper, not only the preparation process of modified sodium nitrate was explored, but also after the analysis of the obtained samples, it was found that the specific heat capacity of sodium nitrate was greatly improved after adding appropriate urea proportion. The relationship between the modified microstructure and thermophysical properties was also investigated.

Keywords: heat storage materials, solution combustion method, molten salt, nitrate, thermophysical properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 熔融盐储热材料概述 2

1.2.1 储热材料的定义 2

1.2.2 储热材料的分类 2

1.2.3 熔融盐的分类 3

1.3 硝酸盐储热材料的研究现状和发展前景 4

1.3.1熔融盐的主要用途 4

1.4 课题研究的意义、内容及目标 5

1.4.1 研究的意义和社会影响 5

1.4.2 研究内容和技术路线 6

第2章 改性硝酸钠的制备过程 8

2.1 溶液燃烧法 8

2.2 实验材料的选择和仪器 8

2.2.1 主要材料的选择 8

2.2.2 燃料的选择 9

2.2.3 实验仪器介绍 9

2.3 实验过程 9

2.3.1实验的准备和方案的确定 9

2.3.2 实验的操作步骤 10

第3章 改性硝酸钠的热物性性能分析 12

3.1 XRD分析 12

3.2 红外光谱分析 13

3.3 尿素含量对改性硝酸钠微观形貌的影响 14

3.4 尿素含量对改性硝酸钠热物理性能的影响 16

第4章 总结 18

参考文献 20

致谢 22

第1章 绪论

1.1 研究背景

现今，随着世界科学技术的飞速发展、人们生活消费水平的普遍提高以及全球人口数量的持续增长，人们的一次能源消费正在急剧增加。据2015统计，到2035年，在全球生活水平的普遍提升情况下，大家对石油、天然气和煤炭等这些一次能源的消费需求将继续上升^[1]。化石能源的广泛开发利用将对全球环境造成严重污染，并对生态造成严重破坏。可再生能源的开发利用在世界上越来越重要。

太阳能是属于二次能源的一种，它在地球普遍存在，并且循环往复、生生不息，太阳能本身也是清洁能源，利用起来也很方便，这些优点是的太阳能源的利用越来越受到国际上的关注^[2]。据预测，对太阳能资源的利用的比重将会越来越大，以后十年以内就将超过核能，到了2035年以后，对于太阳能的光热发电开发利用将会成为电力产量比重的三分之二，成为全球第二大电力来源。

太阳能由于在时间和空间上的不连续性缺点，因此太阳能光热发电的发展需要储热技术的进一步研发，而关于储热材料的研究是储热技术的核心，因此现在国际上对于储热材料的制备和热物理性能的研究越来越重视。目前比较普遍的储热材料有金属、导热油、陶瓷、混凝土以及熔融盐等材料^[3]。其中，熔融盐由于其比热容大、清洁环保，并且其在生活中较为常见，并且熔融盐的价格较为低廉，在试验和生产中成本较低等优点，正逐渐成为一种比较理想的储热材料，也是更适用于二次能源利用所需的高温储热材料。

但是太阳能也有一些缺点：时间上的不连续性，比如夏季和冬日的差异；空间上的不连续性，比如我们的东西部地区对于太阳能的资源分布是不一样的，西部的太阳能资源普遍多于东部地区。这些缺点使得太阳能的开发利用仍然是任重道远。因此，储热技术的重要性不言而喻，目前世界上各个国家也正在积极开发新型的储热技术，熔融盐作为目前性能优势较大的储热材料，也备受关注。