本发明涉及一种中孔炭的简易制备方法。
背景技术：
中孔炭不仅具有耐酸碱、耐高温、高导热、高导电和高化学稳定性等炭材料的基本特性, 而且孔径较大（2-50 nm）、比表面积较高,、吸附性能优良，广泛应用于气体吸附分离、污水处理、催化剂载体和电化学等领域。目前, 中孔炭的制备方法主要有催化活化法、有机凝胶炭化法和模板法。其中，模板法利用模板剂的结构导向作用，可以有效控制中孔炭的孔结构，成为制备中孔炭的首选方法。
软模板法以嵌段共聚物等表面活性剂为结构导向剂，利用其对碳前驱体聚合物的结构导向产生的自组装现象，达到有效控制中孔炭孔结构的目的，合成过程相对简单。但是，嵌段共聚物价格较高，且制备出的中孔炭孔容较低，限制了该方法的推广应用。硬模板法采用具有特定孔隙结构的材料（二氧化硅、沸石等）作为模板，在模板孔隙中填充碳前驱物，经炭化、去除模板而获得中孔炭。制得的中孔炭高度有序，孔径分布相对集中。但是，该方法过程繁琐，成本很高，去除氧化硅模板的氢氟酸具强腐蚀性及挥发性，易污染环境，难以实现规模生产。如何在简化模板制备工艺、降低成本的同时，实现中孔炭孔结构的精确调控，是该领域研究的重点。
氧化镁模板法将氧化镁前驱体(氧化镁颗粒、乙酸镁、柠檬酸镁等)和碳前驱体的混合物在高温下焙烧，得到碳包覆的氧化镁微粒，再用稀酸使模板氧化镁溶解得到中孔炭材料。通常选用的碳前驱体有聚乙烯醇、煤沥青、羟基丙基纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。与二氧化硅等硬模板法相比，氧化镁模板法具有如下优点：模板氧化镁易被稀释的非腐蚀性酸除去且易回收；中孔的尺寸和体积可以通过改变氧化镁的尺寸（依赖于氧化镁前驱体）调节；微孔的尺寸和体积可以通过碳前驱体部分控制。与软模板法相比，氧化镁模板法的优势为：中孔炭在高温下制备过程中可能石墨化，导电性和导热性得以提高；中孔碳内部包含一定量的微孔。需要注意的是，氧化镁前驱体和碳前驱体的混合效果对所制中孔炭的孔结构有重要影响。如采用粉末混合时，应使两种前驱体尽量混合均匀（保证乙酸镁前驱体在混合物中均匀分散）。但是，通常采用的机械混合在效果上有一定局限性，从而影响中孔炭的孔结构，也会增加工艺的复杂性。所以，需要选择新的碳前驱体，基于其与乙酸镁之间新的混合机理，通过简单工艺制备具有合理孔结构的中孔炭。
技术实现要素：
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种中孔炭的简易制备方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明所述方法选择腐殖酸钾为碳前驱体，将其与作为模板前驱体的乙酸镁分别溶于水后再混合，实现两种前驱体的分子级混合；制备方法步骤如下：
a、原料准备：按质量比1:1～5称取腐殖酸钾和乙酸镁固体，分别溶于去离子水中制成浓度为10%的溶液；将两种溶液混合，在磁力搅拌器下搅拌30min后，置于干燥箱中在110 ℃条件下进行烘干，得到固体混合物；其中所述的乙酸镁按照氧化镁的质量计；
b、炭化：将a步骤中所得固体混合物移至管式炉中，在高纯N2保护下，以5 ℃·min-1的升温速率升温至180 ℃，并恒温脱水30 min，继续升温至,800℃并保温1 h；炭化结束后，在氮气保护下自然冷却至室温；
c、产品后处理：将炭化产物依次经过酸浸、水洗至中性、过滤干燥，即得中孔炭。
本发明中所述的乙酸镁受热分解为氧化镁、二氧化碳和丙酮，氧化镁留在炭化料内部成为模板，二氧化碳和丙酮以气态形式析出。
本发明的有益效果如下：
碳前驱体（腐殖酸钾）和模板前驱体（乙酸镁）均易溶于水，腐殖酸钾对镁离子还有吸附络合作用，所以两种前驱体通过水溶–混合即可实现纳米级均匀混合，工艺简化，成本低廉，容易实现大规模生产。所得中孔炭的比表面积大，孔容大，中孔率高。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
实施例1
a、按质量比1:1称取腐殖酸钾和乙酸镁固体（其中所述的乙酸镁按照氧化镁的质量计），分别溶于去离子水中，制成浓度为10%的溶液；将两种溶液混合，在磁力搅拌器下搅拌30min后，置于干燥箱中在110 ℃条件下进行烘干得到固体混合物；
b、将上述固体混合物移至管式炉中，在高纯N2保护下，以5℃·min-1的升温速率升温至180 ℃并恒温脱水30 min，继续升温至800 ℃并保温1 h；炭化结束后，在氮气保护下自然冷却至室温；
c、炭化产物经过5mol·L -1盐酸浸渍、去离子水洗（过滤）至中性，最后在110 ℃下烘干即得中孔炭。
该实施例所制备的中孔炭的比表面积为771 m2·g-1，总孔容为1.001 cm3·g-1，中孔率为77.5%。
实施例2
a、按质量比1:3称取腐殖酸钾和乙酸镁固体（其中所述的乙酸镁按照氧化镁的质量计），分别溶于适量的去离子水中，制成浓度为10%的溶液；将两种溶液混合，在磁力搅拌器下搅拌30min后，置于干燥箱中在110 ℃条件下进行烘干得到固体混合物；
b、将上述固体混合物移至管式炉中，在高纯N2保护下，以5℃·min-1的升温速率升温至180 ℃并恒温脱水30 min，继续升温至800 ℃并保温1 h；炭化结束后，在氮气保护下自然冷却至室温；
c、炭化产物经过5mol·L -1盐酸浸渍、去离子水洗（过滤）至中性，最后在110 ℃下烘干即得中孔炭。
该实施例所制备的中孔炭的比表面积为879 m2·g-1，总孔容为1.591 cm3·g-1，中孔率为93.0%。
实施例3
a、按质量比1:5称取腐殖酸钾和乙酸镁固体（其中所述的乙酸镁按照氧化镁的质量计），分别溶于适量的去离子水中，制成浓度为10%的溶液；将两种溶液混合，在磁力搅拌器下搅拌30min后，置于干燥箱中在110 ℃条件下进行烘干得到固体混合物；
b、将上述固体混合物移至管式炉中，在高纯N2保护下，以5℃·min-1的升温速率升温至180 ℃并恒温脱水30 min，继续升温至800 ℃并保温1 h；炭化结束后，在氮气保护下自然冷却至室温；
c、炭化产物经过5mol·L -1盐酸浸渍、去离子水洗（过滤）至中性，最后在110 ℃下烘干即得中孔炭。
该实施例所制备的中孔炭的比表面积为1020m2·g-1，总孔容为2.088 cm3·g-1，中孔率为95.2%。