Теплоаккумулирующие смеси из галогенидов, сульфатов лития и натрия

Исследование относится к тепловой и атомной энергетике, в частности, к разработке теплоаккумулирующих композиций, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур в технологических процессах. Дифференциальным термическим (ДТА), дифференциальным сканирующим калориметрическим (ДСК), термогравиметрическим (ТГ) и рентгенофазовым (РФА) методами физико-химического анализа изучена четырехкомпонентная взаимная система Li⁺, Na⁺ || F^-, Cl^-, SO₄^2- . Выбор данной системы для экспериментального исследования обусловлен тем, что в ее состав входит фториды и хлориды лития и натрия, обладающие высокими значениями энтальпии фазового перехода, что является одним из определяющих факторов при подборе теплонакопителей и теплоносителей, для устройств, аккумулирующих тепловую и солнечную энергию, а также сульфаты лития и натрия, обладающие рядом полиморфных переходов, позволяющих аккумулировать тепловую энергию и в твердой фазе, расширяющий диапазон температур аккумулирования.

В результате проведенных исследований сформированы древа фаз и кристаллизаций четырехкомпонентной взаимной системы Li⁺, Na⁺ || F^-, Cl^-, SO₄^2-. Установлено, что фазовое древо имеет разветвленную структуру и состоит из трех секущих квазитройных и четырех четырехкомпонентных систем. Образование разветвленной структуры фазового древа обусловлено наличием в одной из трехкомпонентных взаимных систем (Li⁺, Na⁺ || F^-, SO₄^2-) двух адиагональных сечений: Li₂SO₄ – Na₃FSO₄; LiF – Na₃FSO₄. Выявлен компонентный состав и энтальпии фазовых переходов в исследованных системах: в одной квазибинарной (LiF – Na₃FSO₄), с температурой плавления 590 ^оС, энтальпия плавления 640 Дж/г, в двух квазитройных: NaCl – Li₂SO₄ – LiF; LiF – NaCl – Na₃FSO₄, с температурами плавления 447 ^оС, _∆mH = 460 Дж/г и 554 ^оС, соответственно; трех четырехкомпонентных эвтектик с полиморфными превращениями NaF – LiF – NaCl – Na₃FSO₄; LiF – Li₂SO₄ – NaCl – Na₃FSO₄; LiF – LiF – Li₂SO₄ – NaCl – LiCl. Разработанные энергоемкие составы способны запасать и высвобождать средне- и высокопотенциальную тепловую энергию в жидкой и твердой фазе за счет теплоемкости, энтальпии плавления и полиморфных переходов в интервале температур 173-602 °С.

1. Попель, О.С. Возобновляемые источники энергии: состояние и перспективы развития / О.С. Попель, В.Л. Туманов // Межд. науч. журн. Альтернативная энергетика и экология. – 2007. – № 2(46). – С. 135 – 148.

2. Прогноз развития энергетики мира и России 2019 / под ред. А.А. Макарова, Т.А. Митровой, В.А. Кулагина; ИНЭИ РАН. М.: 2019. – 210 с.

3. Попель, О.С. Возобновляемые источники энергии: роль и место в современной и перспективной энергетике / О.С. Попель // Рос. хим. журн. −2008. Т. 52. − № 6. − С. 96 – 106.

4. Бубенчиков, А.А. Солнечная энергия как источник электрической энергии / А.А. Бубенчиков и др. // Межд. научно-исследовательский журн. – 2016. – № 5 (47) – Ч. 3. – С. 59– 62. DOI: https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.47.288.

5. Безруких, П.П. Уровень современного развития возобновляемой энергетики в мире / П.П. Безруких, П.П.,(Мл) Безруких, С.М. Карабанов // Журн. Энергетик. –2017. – № 12. – С. 41 – 45.

6. Вердиева З.Н. Фазовые равновесия в системах с участием галогенидов, сульфатов щелочных и щелочноземельных элементов. Автореф. дис. ... канд. хим. наук. Тверь. 2019.

7. Бараненко, А.В. Применение веществ с фазовыми переходами для аккумулирования тепловой энергии / А.В. Бараненко и др. // Научнотехнический вестник информационных технологий, механика и оптика. – 2018. – Т. 18. – № 6. – С. 990–1000. DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-990-1000.

8. Остапенко В.В. Фазопереходный аккумулятор теплоты для нужд систем теплоснабжения: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. Макеевка. 2015.

9. Mathew A. Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review / A. Mathew, W. Meihong // Applied Energy. – 2016. – V. 179. – P. 350–377. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.06.097.

10. Фортов, В.Е. Энергетика в современном мире / В.Е. Фортов, О.С. Попель − Долгопрудный: Интеллект, 2011. – 167 с.

11. Мозговой, А.Г. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. / А.Г. Мозговой и др. − М.: ИВТ АН СССР, – 1990. – №2 (28). –105 с.

12. Космынин, А.С. Оптимизация экспериментального исследования гетерогенных многокомпонентных систем / А.С. Космынин, А.С Трунин. Самара: Сам. ГТУ, 2007. −160 с.

13. Быковская, А.С. Химические реактивы и высокочистые химические вещества: каталог. 4-е изд., пер. / А.С. Быковская, Д.В. Светлов. − М.: Росхимреактив, 2005. − 576 с.

14. База данных. Термические константы веществ. Ин-т теплофизики экстремальных состояний РАН Объединенного института высоких температур РАН. Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова. [Электронный ресурс] URL: http://www.chem.msu.ru/cgi-bin/tkv.pl.show=welcome.html (Дата обращения 22.01.2020).

15. Егунов, В.П. Термический анализ и калориметрия / В.П. Егунов и др. − Самара: СамГТУ, 2013. − 457 с.

16. Ковба Л.М. Рентгенофазовый анализ / Л.М. Ковба, В.К Трунов. − М.: МГУ, 1976. – 232 с.

17. Трунин, А.С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем / А.С. Трунин Самара: Сам. ГТУ,1997. – 307 с.

18. Воскресенская, Н.К. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. Двойные системы / Н.К. Воскресенская и др. − М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961. –Т.1. – 585 с.

19. Посыпайко, В.И. Справочник. Диаграммы плавкости солевых систем: Двойные системы с общим анионом / В.И. Посыпайко, Е.А. Алексеева. М.: Металлургия, 1977. − Ч. 2.– 303 с.

20. Воскресенская, Н.К. Справочник по плавкости систем из безводных неорганических солей. Системы тройные, тройные взаимные и более сложные / Н.К. Воскресенская и др. – М.: Изд-во АН СССР, 1961. – Т.2. – 848 с.

21. Посыпайко, В.И. Диаграммы плавкости солевых систем. Тройные взаимные системы / Справочник // В.И. Посыпайко и др. – М.: Химия. – 1977. 392 с.

22. Сечной А.И. Моделирование и экспериментальное исследование равновесного состояния смесей фаз в многокомпонентных физико-химических системах: дис. … д-ра. хим. наук. Новосибирск, 2003.

23. Вердиев, Н.Н. Оптимизация выявления фазового комплекса и химического взаимодействия в многокомпонентных солевых системах / Н.Н. Вердиев. // Изв. ВУЗов. Сев. – Кав. регион. Естественные науки. – 2006. – № 5. – С. 36 – 42.

24. Вердиева, З.Н. Теплоаккумулирующий состав из галогенидов и сульфатов лития и натрия / З.Н. Вердиева и др. // V Меж. конф. «Возобновляемая энергетика: Проблемы и перспективы» – Махачкала, 2017. – Т. 2. – С. 113-115.

25. Пат. 2655002 Российской Федерации, C09 K 5/06. Теплоаккумулирующий состав / Вердиев Н.Н., Вердиева З.Н., Гаджиев М.И., Омарова С.М и др.; заявитель и патентообладатель Дагестанский государственный университет. – № 2017117146; заявл. 16.05.2017; опубл. 23.05.2018, Бюл. № 15. – 3 c.

26. Вердиев, Н.Н. Стабильный тетраэдр LiFLi2 SO4 –NaCl–Na3 FSO 4 четырехкомпонентной взаимной системы Na,Li//F,Cl,SO 4 / Н.Н. Вердиев и др. // Вестник Тверского госуниверситета. 2019. № 3. (37). С. 24-30. DOI: 10.26456/vtchem2019.3.3.

27. Моргунова, О.Е. Электронный генератор фазовых диаграмм физико-химических систем / О.Е. Моргунова, А.С. Трунин // Самара: Самар. гос. тех. ун-т. – 2005. – 132 с.

28. Афанасьева, О.С. Методика расчёта тройных эвтектик по данным об элементах огранения систем низшей мерности / О.С. Афанасьева и др. // Вест. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. – 2007. – № 1. – С. 182–183.

29. Вердиева, З.Н. Моделирование фазовых реакций в многокомпонентных системах / З.Н. Вердиева и др. // Вестник Тверского госуниверситета. 2019. № 3. С. 31– 45. DOI: 10.26456/vtchem2019.3.4.

30. Бурчаков, А.В. Фазовые равновесия в системе LiF–KI–KF–K2 CrO 4 / А.В. Бурчаков и др. // Журн. неорган. химии. − 2018. − Т 63. − № 7. − С. 909 – 920. DOI: 10.1134/S0044457X18070036.

31. Пат. 2628613 Российской Федерации, C09 K 5/06. Теплоаккумулирующий состав / Вердиев Н.Н., Омарова C.М. и др. заявитель и патентообладатель Дагестанский государственный университет. № 2017117146; заявл. 16.05.2017; опубл. 23.05.2018 , Бюл. № 15 . – 3 c.

32. Вердиев, Н.Н. Система LiF – Li2 – SO4 – NaCl / Н.Н. Вердиев и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2016. – Т. 59. – Вып. 11. – C. 46 – 49.

33. Омарова, С.М. Фазовые равновесия в системе (LiF ) 2 – (NaCl) 2 – Na3 FSO 4 / С.М. Омарова и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. – Т. 60. – Вып. 10. – С. 4 – 8. DOI: 10.6060/tcct.20176010.5631.

34. Омарова, С.М. Стабильный тетраэдр LiFLiCl–Li2 SO4 –NaCl / С.М. Омарова и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2017. – Т. 60. Вып. 5. – С. 57-62. https://doi.org/10.6060/tcct.2017605.5509.

35. Вердиев Н.Н. Система (LiF)2–(NaF)2–(NaCl)2–Na3FSO4 / Н.Н Вердиев и др // Изв. вузов. Химия и хим. технология. – 2017. – Т. 60. – Вып. 6. – С. 77-82. DOI: 10.6060/tcct.2017606.5537 .