分析現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向，我們?cè)絹?lái)越尋求開(kāi)發(fā)具有更好的隔熱和保溫性能的新材料。本文介紹了活性炭作為相變材料(PCM)載體的新應(yīng)用，可將其用作建筑材料的添加劑。研究預(yù)期將相變材料代替空氣載入活性炭中會(huì)提高其機(jī)械強(qiáng)度，尤其是壓力和硬度。在這種情況下，取決于相變材料的類型，強(qiáng)度甚至可能超過(guò)活性炭本身的強(qiáng)度。

　　相變材料載體研究的是尋找具有高孔隙率和環(huán)境友好性的材料。這些新穎的材料之一是活性炭，通過(guò)活化和增加的吸收能力，活性炭具有作為出色的PCM載體的潛力。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)農(nóng)業(yè)廢料進(jìn)行炭化生產(chǎn)成本好控制。PCM的數(shù)量(相對(duì)于建筑材料的總重量)決定了建筑物內(nèi)溫度穩(wěn)定的效果。PCM中共享生物碳酸鹽的工作應(yīng)該高5至7倍，這代表了熱力學(xué)效果的充分提高或減少了添加到建筑材料(石膏，水泥，砂漿等)中的改性PCM碳酸鹽的量。

　　后熱解活性炭的制備

　　需要生物質(zhì)來(lái)獲得作為PCM載體的活性炭，可以從各種來(lái)源獲得炭。從生態(tài)和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，這應(yīng)該是旨在處置的廢物生物質(zhì)。原材料在105°C下干燥12小時(shí)，然后用刀磨機(jī)(3毫米目直徑)研磨。在沒(méi)有惰性氣流的情況下，將約100 g顆粒進(jìn)行熱解90分鐘。在鋼反應(yīng)器中，在800°C的溫度下，出口管置于馬弗爐中。熱解后的固體回收率為初始質(zhì)量的25%�；旌蠋着�后，測(cè)定從中獲得的炭的元素分析以及基本性能測(cè)試。元素分析顯示元素碳增加(相對(duì)于原始生物質(zhì))，而氫，氧和硫的含量均下降，這表明揮發(fā)性化合物的釋放。元素碳含量高的活性炭前體能夠得到充分活化。

　　材料熱力學(xué)研究

　　從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，可以將活性炭用作PCM載體，并且基于活化炭的方法還表明了有益的生物質(zhì)類型。但是，決定在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行測(cè)試以確認(rèn)這些DSC結(jié)果，然后再使用實(shí)際建筑材料在技術(shù)規(guī)模上執(zhí)行測(cè)試。為此目的，我們建立了一個(gè)測(cè)量站(圖1)，使用熱動(dòng)力學(xué)研究活性炭制成的涂層的加熱和冷卻時(shí)間，活性炭是從多種果殼中的熱解中獲得的。

　　圖1：用紅外輻射測(cè)量被測(cè)涂層的加熱和冷卻時(shí)間。(a)測(cè)量站的示意圖，(b)反射鏡和支架的視圖，(c)不帶涂層和帶涂層的溫度傳感器。

　　從相同的活性炭中合成了五種不同的涂層。對(duì)應(yīng)于樣品I和II的涂層包含未活化的炭。樣品I為參考樣品，不含PCM，樣品II為參比樣品。其余樣本均包含PCM。活性炭的活化方式，如下所示：樣品III-含CO 2(持續(xù)1小時(shí))，樣品IV-含CO 2(持續(xù)2小時(shí))和樣品V-含KOH。涂層編號(hào)對(duì)應(yīng)于圖2，圖3和圖4中的樣品編號(hào)。

　　圖2：使用太陽(yáng)能照明模擬器-SI測(cè)試涂層。該圖顯示了五種活性炭樣品分別進(jìn)行0.5 h和1 h的加熱和冷卻步驟的結(jié)果。

　　圖3：該圖顯示了五種活性炭樣品在1小時(shí)內(nèi)的加熱和冷卻過(guò)程的結(jié)果。

　　圖4：五種活性炭樣品的自然加熱結(jié)果。

　　所有涂層均以相同方式進(jìn)行。將相同量的活性炭(0.2 g)和不同量的相變材料(取決于活化類型)在研缽中用一滴皂苷和七滴液態(tài)PVA(聚乙烯醇)膠研磨。獲得均勻的半液體物質(zhì)后，將其應(yīng)用于溫度傳感器，并放置在不銹鋼蓋(直徑5毫米，長(zhǎng)30毫米)中。涂層干燥后，按照?qǐng)D1所示的方法將樣品附著在兩個(gè)板條(250 mm×30 mm×10 mm)之間，并進(jìn)行兩次測(cè)試。第一個(gè)步驟包括在恒溫室內(nèi)用太陽(yáng)能模擬器(特殊反射器形式的紅外輻射器)加熱(0.5–1.0 h)樣品，然后在關(guān)閉輻射器后將其冷卻(1.0 h)(圖2和圖3)。在第二步中，在恒溫室中多次測(cè)量了先前在冰箱中冷卻過(guò)的樣品的加熱時(shí)間和溫度(圖1)。基于這些結(jié)果，在加熱和冷卻期間，將每個(gè)樣品的溫度確定為時(shí)間的函數(shù)。圖1顯示了測(cè)試臺(tái)的整體圖。

　　結(jié)果分析

　　在分析曲線如圖2，圖3和圖4中，并收集結(jié)果，在一個(gè)溫度(22℃)中選擇，清楚地表明不同相變材料的影響活性炭中的量上的周期時(shí)間長(zhǎng)度與發(fā)生個(gè)體樣品中的熱交換過(guò)程。相對(duì)于溫度傳感器的更高的質(zhì)量和熱容量，即使吸附的相變材料的量很小，也可以看到處理時(shí)間的差異。當(dāng)與參比樣品(I)，沒(méi)有相變材料，總的冷卻和加熱時(shí)間的所有樣品與相變材料的不同水平長(zhǎng)。對(duì)于樣品V，此時(shí)間延長(zhǎng)了7.5%，對(duì)于樣品IV，延長(zhǎng)了5.2%，對(duì)于III，延長(zhǎng)了2.4%，對(duì)于樣品II(未活化的活性炭)，僅延長(zhǎng)了0.2%。

　　這項(xiàng)研究的新穎之處在于研究和測(cè)試了活性炭為相變材料的載體。由于其發(fā)達(dá)的表面和高吸收能力，活性炭永久性地吸附一定量的相變材料，從而有可能獲得相對(duì)于相變材料高達(dá)50%的更大的熱容量，并且由于范德華力，相變材料即使在液態(tài)情況下也不會(huì)解吸。還可以防止物體表面和內(nèi)部的局部過(guò)熱。過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致軟化，流動(dòng)，熱變形以及由于氧化，干燥或破裂而降解;所有這些都可能導(dǎo)致物質(zhì)損壞以及由其構(gòu)成的物體。研究證明，與商業(yè)產(chǎn)品相比，這種有活性炭摻入的建筑材料將更加便宜，同樣好效果，并且可以用于生產(chǎn)石膏板，灰泥，熨平板等。

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