本发明涉及低阶煤高值化利用领域，具体地，涉及一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法及其在太阳能驱动界面水蒸发中的应用。
背景技术：
1、我国褐煤低阶煤资源丰富，保有储量达1300多亿吨。然而，褐煤变质程度低、水分高、热值低、易风化自燃，以燃烧供热为主的传统能源利用方式效率低、污染大，并排放大量co2。因此，亟待开发褐煤的高值化和低碳化利用技术。
2、当前，由海水获取淡水成为人们关注的重点。目前，海水淡化技术主要包括多级闪蒸和反渗透法，但这些方法存在高能耗、高投资或难以规模化的问题。近年来，太阳能驱动界面水蒸发因具有高能量效率、零碳排放等优点，备受关注，其中关键是开发高效的光热材料。碳气凝胶由于具有高孔隙率、良好隔热性能、高光吸收等优点，被广泛用作太阳能驱动界面水蒸发的光热材料。其中，酚醛碳气凝胶的制备需要消耗大量的苯酚。工业上生产苯酚主要采用异丙苯法，而异丙苯主要来自于石油化工，造成苯酚的价格较高。因此，寻找石油基苯酚的替代品意义重大。鉴于褐煤富含芳环结构和酚羟基的结构特点，其有望部分替代石油基苯酚制备酚醛碳气凝胶。此外，孔结构对碳气凝胶水管理和热管理影响较大，开发孔结构可调的褐煤基酚醛碳气凝胶具有重要的意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法及应用，利用廉价的褐煤替代部分石油化工原料苯酚，制备具备高光热转化性能和孔结构可调的酚醛碳气凝胶的方法，为褐煤的高值化利用和碳气凝胶孔径调变提供一条新的途径，同时该气凝胶能应用在太阳能驱动界面水蒸发中并取得良好效果。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，包括以下步骤：
4、1)将褐煤、甲酸和有机溶剂加入到高压釜中，氮气氛围进行热溶，获得褐煤热溶物；
5、2)将褐煤热溶物和酚类溶解到有机溶剂中，得到混合溶液；
6、3)将三聚氰胺泡沫进行热压，然后放入到上述溶液中，再加入醛类和酸，进行溶剂热反应，得到褐煤基酚醛有机凝胶；
7、4)用乙醇洗涤上述酚醛有机凝胶，然后在常压下干燥，得到褐煤基酚醛有机气凝胶；
8、5)将上述酚醛有机气凝胶进行碳化，得到褐煤基酚醛碳气凝胶。
9、进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯或环己烷中的一种；所述褐煤、甲酸和有机溶剂的比例为0.5–5g:1–5ml:10–50ml。
10、进一步地，步骤(1)热溶反应温度为250–350℃，反应时间为1–8h。
11、进一步地，步骤(2)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙酮中的一种；所述酚类为苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚和间苯二酚的一种；所述褐煤热溶物与酚类的质量比为1:9–1:1。
12、进一步地，步骤(3)中所述醛类为甲醛、多聚甲醛、糠醛中的一种或两种；所述酸为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸和草酸中的一种。
13、进一步地，步骤(3)中热压温度为100–300℃，热压时间为4–15min。
14、进一步地，步骤(3)中溶剂热反应温度为80–160℃，时间为6–36h。
15、进一步地，步骤(2)和步骤(3)中所述酚类、醛类和酸的比例为0.80–1.44g:1.5–5ml:0.5–2ml。
16、进一步地，步骤(5)碳化温度为400–900℃，时间为1–8h。
17、需要进一步说明的是，通过热压三聚氰胺泡沫和调变溶剂热温度能够分别得到大孔和小孔结构可调的褐煤基酚醛碳气凝胶，实现孔径可调的效果。
18、本发明的另一个目的在于提供一种由上述制备方法得到的褐煤基酚醛碳气凝胶在太阳能驱动界面水蒸发中的应用。
19、本发明的有益效果：
20、1、本发明的方法简单，不需要复杂的冷冻干燥或昂贵的模板。
21、2、本发明利用褐煤热溶物富含芳环结构、酚羟基和烷基侧链，替代酚类制备的碳气凝胶，不仅光热性能好，而且密度低。
22、3、本发明以热压三聚氰胺泡沫为骨架制备褐煤基酚醛碳气凝胶，解决了常规酚醛碳气凝胶力学强度差和水管理能力不足的问题。
23、4、褐煤燃烧供热为主的利用方式价值较低，且排放大量co2和气体污染物，本发明以褐煤热溶物替代酚类制备酚醛碳气凝胶，既降低了原材料成本，又提高了褐煤的利用价值，同时提高了常规酚醛碳气凝胶的太阳能驱动界面水蒸发性能，因而具有良好的应用前景。
1.一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯或环己烷中的一种；所述褐煤、甲酸和有机溶剂的比例为0.5–5g:1–5ml:10–50ml。
3.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(1)热溶反应温度为250–350℃，反应时间为1–8h。
4.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(2)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇和丙酮中的一种；所述酚类为苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚和间苯二酚的一种；所述褐煤热溶物与酚类的质量比为1:9–1:1。
5.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(3)中所述醛类为甲醛、多聚甲醛、糠醛中的一种或两种；所述酸为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸和草酸中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(3)中热压温度为100–300℃，热压时间为4–15min。
7.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(3)中溶剂热反应温度为80–160℃，时间为6–36h。
8.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述酚类、醛类和酸的比例为0.80–1.44g:1.5–5ml:0.5–2ml。
9.根据权利要求1所述的一种热压和溶剂热协同制备褐煤基酚醛碳气凝胶的方法，其特征在于，步骤(5)碳化温度为400–900℃，时间为1–8h。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法制得的褐煤基酚醛碳气凝胶在太阳能驱动界面水蒸发中的应用。
