Preparation of n-nonadecane based shape-stabilized composite phase change materials containing modified kaolinite clay-doped and determination of their properties

Öz

Anahtar Kelimeler

• Phase change materials
• porous polymers
• emulsion templating
• n-nonadecane
• kaolinite

Proje Numarası

2020/YL/0010

Modifiye edilmiş kaolinit kil katkılı poli(stiren-ko-divinil benzen) matrise sahip n-nonadekan içeren şekilce kararlı kompozit faz değiştiren maddelerin hazırlanması ve özelliklerinin belirlenmesi

Öz

Faz değiştiren maddeler (FDM’ler) ısıl enerjiyi sabit sıcaklıkta faz değişim yoluyla gizli ısı olarak depolayabilen ve yüksek gizli ısı depolama kapasiteleri sayesinde birçok mühendislik alanında kullanılan fonksiyonel akıllı malzemelerdir. Bu çalışmada, ısıl enerji depolama sistemlerinde kullanılmak üzere modifiye edilmiş kaolinit kil içeren gözenekli polimerler emülsiyon şablonlama yöntemiyle sentezlenmiş ve elde edilen malzemeler n-nonadekan esaslı şekilce kararlı faz değiştiren maddelerin hazırlanması için destek malzemesi olarak kullanılmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerde, hiyerarşik gözenekli yapının elde edildiği, alüminyum silikat esaslı modifiye edilmiş kaolinit dolguların artmasıyla gözenek morfolojisinin düzeldiği, en yüksek ısıl kararlılık ve yüzey alanına %1 dolgu içeren gözenekli kompozitin sahip olduğu görülmüştür. Sentezlenen tüm gözenekli kompozit malzemelere tek adımda impregnasyon yöntemiyle, n-nonadekan faz değiştiren maddesi yüklenmiş ve şekilce kararlı kompozit FDM’ler üretilmiştir. Gerçekleştirilen analiz sonuçlarına göre üretilen PHPK1,00-ND kompozit FDM’nin pik erime sıcaklığı Tpik-erime=36,37ºC, ısıl enerji depolama kapasitesi ΔHerime=132,3 J/g olarak belirlenmiş ve n-nonadekan içeriği %52,5 olarak hesaplanmıştır. Destek malzemesi olarak gözenekli kompozitler kullanılarak üretilen n-nonadekan içeren şekilce kararlı tüm FDMlerin, yüksek ısıl enerji depolama kapasitesine sahip oldukları (92-142 J/g arasında değişen) ve termal enerji depolama uygulamaları için sızdırmazlık özelliği gösterdikleri tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Faz değiştiren maddeler
• gözenekli polimerler
• emülsiyon kalıplama
• n-nonadekan
• kaolinit

Destekleyen Kurum

Yalova Üniversitesi

Proje Numarası

2020/YL/0010

Teşekkür

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesinde yüksek lisans tez projesi desteği sağlayan Yalova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi’ne (Proje Numarası: 2020/YL/0010) teşekkür ederiz.

Kaynakça

1. Palomba V., Brancato V., Frazzica A., Experimental investigation of a latent heat storage for solar cooling applications, Appl. Energy, 199, 347–358, 2017.
2. Umair M.M., Zhang Y., Iqbal K., Zhang S., Tang B., Novel strategies and supporting materials applied to shape-stabilize organic phase change materials for thermal energy storage, A review, Appl. Energy, 235, 846–873, 2019.
3. Mert H.H., Mert M.S., Design of n-octadecane-based form-stable composite phase change materials embedded in porous nano alumina for thermal energy storage applications, J. Therm. Anal. Calorim. (2021). https://doi.org/10.1007/s10973-021-10886-0.
4. Sarı A., Alkan C., Karaipekli A., Önal A., Preparation, characterization and thermal properties of styrene maleic anhydride copolymer (SMA)/fatty acid composites as form stable phase change materials, Energy Convers. Manage., 49 (2), 373-380, 2008.
5. Zalba B., Marı́n J.M., Cabeza, L. F., Mehling, H., Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications, Appl. Therm. Eng., 23 (3), 251-283, 2003.
6. Cabeza L., Castell A., Barreneche C., Gracia A., Fernández A., Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review, Renewable Sustainable Energy Rev., 15(3), 1675-1695, 2011.
7. Sarı A., Hekimoglu H., Tyagi V.V., Sharma R.K., Evaluation of pumice for development of low-cost and energy-efficient composite phase change materials and lab-scale thermoregulation performances of its cementitious plasters, Energy, 207,118242, 2020.
8. Li M., Shi J., Review on micropore grade inorganic porous medium based form stable composite phase change materials, Preparation, performance improvement and effects on the properties of cement mortar, Constr. Build. Mater., 194, 287–310, 2019.

9. Lv P., Liu C., Rao Z., Review on clay mineral-based form-stable phase change materials: Preparation, characterization and applications. Renewable Sustainable Energy Rev., 68, 707–726, 2017.
10. Wei Y., Li J., Sun F., Wu J., Zhao L., Leakage-proof phase change composites Supported by biomass carbon aerogels from succulents, Green Chem., 20, 1858-1865, 2018.
11. Mert E.H., Mert H.H., Preparation of polyHIPE nanocomposites:Revealing the influence of experimental parameters with the help of experimental design approach, Polym. Compos., 42(2), 724-738, 2021.
12. Mert H.H., Mert, M.S., Mert, E.H., A statistical approach for tailoring the morphological and mechanical properties of polystyrene PolyHIPEs: looking through experimental design, Mater. Res. Express, 6, 115306, 2019.
13. Mert H.H., PolyHIPE composite based-form stable phase change material for thermal energy storage, Int. J. Energy Res. 44, 6583–6594, 2020.
14. Memon S.A., Lo T.Y., Shi X., Barbhuiya S., Cui H., Preparation, characterization and thermal properties of Lauryl alcohol/Kaolin as novel form-stable composite phase change material for thermal energy storage in buildings, Appl. Therm. Eng., 59, 336–347, 2013.
15. Song S., Dong L., Zhang, Y., Chen, S., Li Q., Guo Y., Deng S., Si S., Xiong C., Lauric acid/intercalated kaolinite as form-stable phase change material for thermal energy storage, Energy,76, 385–389, 2014.
16. Sari A., Fabrication and thermal characterization of kaolin-based composite phase change materials for latent heat storage in buildings, Energy Build. 96, 193–200, 2015.
17. Lv P., Liu C., Rao Z., Experiment study on the thermal properties of paraffin/kaolin thermal energy storage form-stable phase change materials. Appl. Energy, 182, 475–487, 2016.