CN112744801B - 一种改性炭材料及其制备工艺和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性炭材料及其制备工艺和应用，所述改性碳材料制备工艺首先将炭材料加入到有机溶剂中，混合均匀后进行分离干燥；将干燥后物料进行碱处理，然后进行洗涤、干燥；最后与氢氧化钠、醇溶剂、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、水混合，混合均匀后进行分离得到改性炭材料。本发明制备的改性后的炭材料可以在合成金属氧化物程中顺利地进入金属氧化物内，从而可以合成出具有介孔结构的金属氧化物，可以解决目前合成介孔材料中介孔难以形成的问题。
Description
技术领域
本发明属于多孔无机材料制备技术领域，特别是涉及一种含有介孔的金属氧化物及其合成方法。
背景技术
多孔材料在精细化学中有广泛的应用，如吸附、催化、药物载体、可再生能源的生产以及纳米器件等。介孔材料具有规则、可调的孔道结构和较高的热稳定性，在吸附有毒物质、分离、光催化裂解、锂离子电池、气体传感器、药物载体等领域具有广阔的应用前景，其中介孔氧化铁和氧化硅是应用比较广泛的材料。
介孔氧化铁在吸附、催化、气敏材料、电极材料、磁性存储、染料和颜料、离子交换等领域有着广泛的应用。但是，氧化铁具有复杂的晶相，在晶化过程中容易引起骨架坍塌，使得介孔氧化铁的制备存在一定的困难。
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发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种改性炭材料及其制备工艺和应用。本发明制备工艺通过对炭材料进行改性处理，改性后的炭材料可以在合成金属氧化物时顺利地进入金属氧化物，从而可以合成出具有介孔结构的金属氧化物材料，可以解决目前合成介孔材料中介孔难以形成的问题。
本发明第一方面提供一种改性炭材料的制备工艺，所述制备工艺包括以下内容：
S1：将炭材料加入到有机溶剂中，混合均匀后进行分离干燥；
S2：将步骤S1得到的干燥后物料进行碱处理，然后进行洗涤、干燥；
S3：将氢氧化钠、醇溶剂、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、水与步骤S2得到的干燥后物料混合，混合均匀后进行分离得到改性炭材料。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S1中所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇中的一种或几种。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S1中所述炭材料与有机溶剂的质量比为10～20：100。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S1中所述干燥是在100～140℃条件下干燥5～15h。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S1中所述混合采用超声处理，采用的超声波频率为15KHz-10MHz，功率按溶液体积计为20～100W/L，超声时间为10～70min，优选20～60min。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S2中所述碱处理为将步骤S1得到的干燥后物料与无机碱水溶液混合，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或几种，所述步骤S1得到的干燥后物料、无机碱、水的质量比为9～21：2～6：100，优选10～20：3～5：100。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S2中所述碱处理温度为50～90℃，优选60～80℃；处理时间为1～6h，优选为2～5h。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S2中所述的洗涤是用去离子水洗涤，直到洗涤至滤液呈中性为止。所述的干燥温度为100～140℃；干燥时间为5～15h。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S3中所述的醇溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或几种，优选为丙醇和/或异丙醇。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S3中所述步骤S2得到的干燥后物料、氢氧化钠、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、醇溶剂、水的质量比为4～11：0.4～1.1：9～21：78～110：100，优选5～10：0.5～1：10～20：80～100：100。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S3中混合处理温度为55～95℃，优选60～90℃；处理时间1～6h，优选2～5h。
上述改性炭材料的制备工艺中，步骤S1中所述炭材料的直径为5～10nm。所述炭材料可以购买市售商品，或者采用如下方法进行制备：将介孔硅、糖类物质和水混合，然后经干燥、焙烧处理、碱处理、洗涤、干燥后得到炭材料。
上述方法中，所述的介孔硅为SBA-15分子筛，孔径为5～10nm；所述的糖类为蔗糖和/或葡萄糖；其中糖类物质、介孔硅和水的质量比为18～55：4～11：100，优选20～50：5～10：100。
上述方法中，所述干燥为在100～140℃条件下干燥5～15h。
上述方法中，所述的焙烧为在惰性气氛中，在500～900℃条件下焙烧1～11 h，优选2～10 h。所述惰性气氛可以为氮气、氩气或氦气，优选氮气。
上述方法中，所述碱处理用氢氧化钠处理，氢氧化钠、炭材料、水的质量比为9～21：9～21：100，优选10～20：10～20：100。碱处理温度为150～200℃，优选为160～180℃；处理时间为5～16h，优选为6～15h。所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止。
本发明第二方面提供一种采用上述方法制备的改性炭材料。
本发明第三方面提供一种上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用，包括如下内容：
S4：将步骤S3得到的改性炭材料、硫酸钛、尿素、十六烷基三甲基溴化铵和水混合，然后进行低温热处理；
S5：将步骤S4得到的物料与水混合并进行恒温处理，最后经洗涤、干燥和焙烧后得到金属氧化物。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S4中所述尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.1～1.1：0.1～3.5：10～85：1，优选0.2～1：0.5～3：20～80：1。所述改性炭材料和硫酸钛的质量比为0.4～1.3：1，优选0.5～1.2：1。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S4中所述低温热处理是在100～140℃条件下干燥5～15h。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S5中所述装入反应器时尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.1～1.1：0.1～3.5：0.4～1.1：1，优选0.2～1：0.5～3：0.5～1：1。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S5中所述恒温处理温度为110～190℃，优选为120～180℃；处理时间为10～35h，优选15～30h。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S5中所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止；所述的干燥是在100～140℃条件下干燥5～15h；所述的热处理是在350～650℃，优选400～600℃条件下处理1～7h，优选2～6h。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，合成得到的氧化钛为介孔氧化钛，表面积都由介孔孔道提供，其介孔比表面积为50～200 m2/g，介孔的最可几孔径范围为5～10nm。
本发明第四方面提供一种上述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的应用，包括如下内容：
S6：将步骤S3得到的改性炭材料、铁盐、氯化钠、尿素和水混合，然后进行低温热处理；
S7：将步骤S6得到的物料与水混合并进行恒温处理，最后经洗涤、干燥和焙烧后得到氧化铁。
上述改性炭材料在合成氧化铁中的应用中，步骤S6中所述铁盐为硝酸铁或氯化铁。
上述改性炭材料在合成氧化铁中的应用中，步骤S6中铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：4～31：0.005～0.025：0.04～0.5，优选1：5～30：0.006～0.02：0.05～0.4。所述的改性炭材料和铁盐的质量比为0.2～1.5：1，优选0.3～1.4：1。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S6中所述低温热处理是在100～140℃条件下干燥5～15h。
上述改性炭材料在合成氧化钛中的应用中，步骤S7中装入反应器时铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：0.4～1.6：0.005～0.025：0.04～0.5，优选1：0.5～1.5：0.006～0.02：0.05～0.4。
上述改性炭材料在合成氧化铁中的应用中，步骤S7中所述恒温处理温度为100～200℃，优选为110～190℃；处理时间为2～30h，优选5～25h。
上述改性炭材料在合成氧化铁中的应用中，步骤S5中所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止；所述的干燥是在100～140℃条件下干燥5～15h；所述的热处理是在350～650℃，优选400～600℃条件下处理1～7h，优选2～6h。
上述改性炭材料在合成氧化铁中的应用中，合成得到的氧化铁为介孔氧化铁，表面积都由介孔孔道提供，其介孔比表面积为50～150 m2/g，介孔的最可几孔径范围为5～10nm。
与现有技术相比较，本发明提供的改性炭材料及其制备工艺和应用具有以下优点：
1、本发明改性炭材料制备工艺中通过对炭材料进行改性处理，使得后续在合成氧化钛、氧化铁过程中炭材料可以有效进入氧化钛、氧化铁中，保证得到具有介孔结构的目的产品。解决现有纳米结构材料制备方法中，由于炭材料与氧化钛、氧化铁合成原料性质差异巨大，很难与原料之间形成有效的物理化学作用，炭材料在产品合成过程中很难进入产品内部，绝大多数炭材料都被排除在氧化钛、氧化铁晶体外，无法进入晶体也就无法为氧化钛、氧化铁提供介孔结构的技术问题。本发明制备工艺通过对炭材料进行改性处理，使其可以在合成氧化钛、氧化铁过程中顺利地进入晶体内，从而可以合成出介孔结构的氧化钛、氧化铁。
2、本发明氧化钛、氧化铁合成方法是在低水环境中进行的属于固相合成。合成过程中各种物料的传递速度很慢，合成原料对炭材料的排斥作用较弱，也有利于炭材料有效地进入材料内部，利于形成介孔孔道。
附图说明
图1 为实施例2所得样品的孔径分布图。
图2 为实施例7所得样品的孔径分布图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和比较例对本发明所述改性炭材料及其制备工艺和应用予以详细的描述，但并不局限于如下实施例和比较例。
本发明实施例和比较例中，所述材料的孔结构参数采用N2吸附-脱附表征，总比表面积按BET公式计算；介孔面积按照t-Plot方法计算，孔径采用BJH法计算；材料的晶体结构采用X光衍射（XRD）表征。
实施例1
炭材料制备：
取800g SBA-15分子筛与3500g蔗糖、10000g去离子水混合均匀，然后过滤，120℃干燥12h。再置于氮气条件下800℃处理5h。再与1500g氢氧化钠、10000g去离子水混合均匀，170℃处理10h。然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。
实施例2
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.5g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，66℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8g炭材料与0.71g氢氧化钠、13.1g异丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、80g去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将10.2g炭材料、10g硫酸钛、18.5g十六烷基三甲基溴化铵、5.6g尿素、700g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入5.6g去离子水，接在放入反应釜中150℃处理17h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，550℃处理6h，所得样品编号为CL1，为纯净的氧化钛材料。
实施例3
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取100g炭材料与1000g丙醇混合置于超声中处理20min，超声波的频率为15KHz，功率按溶液体积计为100W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与30g氢氧化钠、1000g去离子水混合均匀，60℃处理5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取5g炭材料与0.5g氢氧化钠、10g丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、100去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将5g炭材料、10g硫酸钛、5g十六烷基三甲基溴化铵、2g尿素、200g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入5g去离子水，接在放入反应釜中120℃处理30h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，400℃处理6h，所得样品编号为CL2，为纯净的氧化钛材料。
实施例4
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取100g炭材料与500g丁醇混合置于超声中处理60min，超声波的频率为10MHz，功率按溶液体积计为20W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与50g氢氧化钠、500g去离子水混合均匀，80℃处理2h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取100g炭材料与10g氢氧化钠、200g异丙醇、1000g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、1000g去离子水混合均匀，，90℃处理2h，再过滤收集。接着将12g炭材料、10g硫酸钛、30g十六烷基三甲基溴化铵、10g尿素、800g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入10g去离子水，接在放入反应釜中180℃处理15h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，800℃处理2h，所得样品编号为CL3，为纯净的氧化钛材料。
实施例5
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取13.2g炭材料与100g丁醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与4.2g氢氧化钠、93g去离子水混合均匀，75℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8.5g炭材料与0.65g氢氧化钠、12g丙醇、75g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、102g去离子水混合均匀，62℃处理5h，再过滤收集。接着将7.3g炭材料、9.5g硫酸钛、26.5g十六烷基三甲基溴化铵、8.7g尿素、650g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入8.5g去离子水，接在放入反应釜中177℃处理19h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，720℃处理5.2h，所得样品编号为CL4，为纯净的氧化钛材料。
实施例6
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取13.5g炭材料与100g乙醇混合置于超声中处理35min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.02g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，71℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8.1g炭材料与6.75g氢氧化钠、12g异丙醇、78.5g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、100g去离子水混合均匀，75℃处理4.5h，再过滤收集。接着将6.8g炭材料、8.9g硫酸钛、16.8g十六烷基三甲基溴化铵、6.4g尿素、550g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入7.6g去离子水，接在放入反应釜中160℃处理22h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，510℃处理4h，所得样品编号为CL5，为纯净的氧化钛材料。
比较例1
参照实施例1的数据，按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再取8g炭材料与0.71g氢氧化钠、13.1g异丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、80g去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将10.2g炭材料、10g硫酸钛、18.5g十六烷基三甲基溴化铵、5.6g尿素、700g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入5.6g去离子水，接在放入反应釜中150℃处理17h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，550℃处理6h，所得样品编号为CL6，为氧化钛材料。比较例1相比实施例2介孔含量较低，说明比较例所使用方法处理效果略有不足，不能制备出高品质的含有介孔的氧化钛材料。。
比较例2
参照实施例1的数据，按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.5g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，66℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。接着将10.2g炭材料、10g硫酸钛、18.5g十六烷基三甲基溴化铵、5.6g尿素、700g蒸馏水混合均匀；然后装入反应器中，再加入5.6g去离子水，接在放入反应釜中150℃处理17h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，550℃处理6h，所得样品编号为CL7，为氧化钛材料。但是该材料几乎不含介孔。说明传统方法不容易制备出合格的含有介孔的氧化钛材料。
实施例7
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.5g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，66℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8g炭材料与0.71g氢氧化钠、13.1g异丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、80g去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将5g炭材料、10g氯化铁、0.076g氯化钠、0.65g尿素、65g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入7.5g去离子水，接在放入反应釜中120℃处理12h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，400℃处理6h，所得样品编号为CL8，为纯净的氧化铁材料。
实施例8
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取100g炭材料与500g丙醇混合置于超声中处理60min，超声波的频率为10MHz，功率按溶液体积计为20W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与50g氢氧化钠、500g去离子水混合均匀，80℃处理2h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取100g炭材料与10g氢氧化钠、200g丙醇、1000g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、1000g去离子水混合均匀，90℃处理2h，再过滤收集。接着将14g炭材料、10g氯化铁、0.2g氯化钠、4g尿素、300g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入15g去离子水，接在放入反应釜中190℃处理5h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，600℃处理2h，所得样品编号为CL9，为纯净的氧化铁材料。
实施例9
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取100g炭材料与1000g丁醇混合置于超声中处理20min，超声波的频率为15KHz，功率按溶液体积计为100W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与30g氢氧化钠、1000g去离子水混合均匀，60℃处理5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取5g炭材料与0.5g氢氧化钠、10g异丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、100去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将3g炭材料、10g氯化铁、0.06g氯化钠、0.5g尿素、50g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入5g去离子水，接在放入反应釜中110℃处理25h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，400℃处理6h，所得样品编号为CL10，为纯净的氧化铁材料。
实施例10
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取13.2g炭材料与100g丙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与4.2g氢氧化钠、93g去离子水混合均匀，75℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8.5g炭材料与0.65g氢氧化钠、12g异丙醇、75g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、102g去离子水混合均匀，62℃处理5h，再过滤收集。接着将5.7g炭材料、9.5g氯化铁、0.11g氯化钠、1.65g尿素、188g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入7.3g去离子水，接在放入反应釜中175℃处理9h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，460℃处理6h，所得样品编号为CL11，为纯净的氧化铁材料。
实施例11
按照实施例1方法制备初始炭材料。再取13.5g炭材料与100g乙醇混合置于超声中处理35min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.02g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，71℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。再取8.1g炭材料与6.75g氢氧化钠、12g丙醇、78.5g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、100g去离子水混合均匀，75℃处理4.5h，再过滤收集。接着将11.5g炭材料、10.5g氯化铁、0.15g氯化钠、2.85g尿素、265g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入8.8g去离子水，接在放入反应釜中140℃处理16h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，410℃处理6h，所得样品编号为CL12，为纯净的氧化铁材料。
比较例3
参照实施例1的数据，按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再取8g炭材料与0.71g氢氧化钠、13.1g异丙醇、80g 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、80g去离子水混合均匀，60℃处理5h，再过滤收集。接着将5g炭材料、10g氯化铁、0.076g氯化钠、0.65g尿素、65g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入7.5g去离子水，接在放入反应釜中120℃处理12h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，400℃处理6h，所得样品编号为CL13，为氧化钛材料。比较例1相比实施例1介孔含量较低，说明比较例所使用方法处理效果略有不足，不能制备出高品质的含有介孔的氧化铁材料。
比较例4
参照实施例1的数据，按照实施例1方法制备初始炭材料。再取16g炭材料与115g乙醇混合置于超声中处理30min，超声波的频率为1MHz，功率按溶液体积计为50W/L，然后过滤，120℃干燥12h。再将炭材料与3.5g氢氧化钠、100g去离子水混合均匀，66℃处理4.5h，然后过滤洗涤至中性，120℃干燥12h得到炭材料。接着将5g炭材料、10g氯化铁、0.076g氯化钠、0.65g尿素、65g蒸馏水混合均匀；然后在120℃干燥12h。然后装入反应器中，再加入7.5g去离子水，接在放入反应釜中120℃处理12h，最后将固体产物洗涤，120℃干燥12h，400℃处理6h，所得样品编号为CL14，为氧化钛材料。但是该材料几乎不含介孔。说明传统方法不容易制备出合格的含有介孔的氧化铁材料。
表1 实施例和比较例所得样品物化性质
Claims (29)
1.一种改性炭材料在合成氧化钛或介孔氧化铁中的制备工艺，所述制备工艺包括以下内容：
S1：将炭材料加入到有机溶剂中，混合均匀后进行分离、在100～140℃条件下干燥5～15h；所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丁醇中的一种或几种；所述炭材料与有机溶剂的质量比为10～20：100；所述炭材料的直径为5～10nm；
S2：将步骤S1得到的干燥后物料进行碱处理，然后进行洗涤、在100～140℃条件下干燥5～15h；所述碱处理为将步骤S1得到的干燥后物料与无机碱水溶液混合，所述无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或几种，所述步骤S1得到的干燥后物料、无机碱、水的质量比为9～21：2～6：100；所述碱处理温度为50～90℃；所述碱处理时间为1～6h；
S3：将氢氧化钠、醇溶剂、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、水与步骤S2得到的干燥后物料混合，混合均匀后进行分离得到改性炭材料；其中，所述醇溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇中的一种或几种；所述步骤S2得到的干燥后物料、氢氧化钠、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、醇溶剂、水的质量比为4～11：0.4～1.1：9～21：78～110：100；混合处理温度为55～95℃，处理时间1～6h；
合成氧化钛时，还包括：
S4：将改性炭材料、硫酸钛、尿素、十六烷基三甲基溴化铵和水混合，然后进行低温热处理；所述低温热处理是在100～140℃条件下干燥5～15h；
S5：将步骤S4得到的物料与水混合并进行恒温处理，最后经洗涤、干燥和焙烧后得到金属氧化物；所述恒温处理温度为110～190℃，处理时间为10～35h；
或，合成介孔氧化铁时，还包括：
S6：将改性炭材料、铁盐、氯化钠、尿素和水混合，然后进行低温热处理；所述低温热处理是在100～140℃条件下干燥5～15h；
S7：将步骤S6得到的物料与水混合并进行恒温处理，最后经洗涤、干燥和焙烧后得到介孔氧化铁；所述恒温处理温度为100～200℃；处理时间为2～30h。
2.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S2中所述步骤S1得到的干燥后物料、无机碱、水的质量比为10～20：3～5：100。
3.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S2中所述碱处理温度为60～80℃；处理时间为2～5h。
4.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S3中所述的醇溶剂为丙醇和/或异丙醇。
5.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S3中所述步骤S2得到的干燥后物料、氢氧化钠、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、醇溶剂、水的质量比为5～10：0.5～1：10～20：80～100：100。
6.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S3中混合处理温度为60～90℃；处理时间2～5h。
7.按照权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤S1中所述炭材料采用如下方法进行制备：将介孔硅、糖类物质和水混合，然后经干燥、焙烧处理、碱处理、洗涤、干燥后得到炭材料。
8.按照权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述的介孔硅为SBA-15分子筛，孔径为5～10nm；所述的糖类为蔗糖和/或葡萄糖；其中糖类物质、介孔硅和水的质量比为18～55：4～11：100。
9.按照权利要求8所述的制备工艺，其特征在于：糖类物质、介孔硅和水的质量比为20～50：5～10：100。
10.按照权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述干燥为在100～140℃条件下干燥5～15h。
11.按照权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述的焙烧为在惰性气氛中，在500～900℃条件下焙烧1～11 h；所述惰性气氛为氮气、氩气或氦气。
12.按照权利要求7所述的制备工艺，其特征在于：所述碱处理用氢氧化钠处理，氢氧化钠、炭材料、水的质量比为9～21：9～21：100；碱处理温度为150～200℃；处理时间为5～16h；所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止。
13.按照权利要求12所述的制备工艺，其特征在于：碱处理温度为160~180℃。
14.按照权利要求1所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S4中所述尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.1～1.1：0.1～3.5：10～85：1，所述改性炭材料和硫酸钛的质量比为0.4～1.3：1。
15.按照权利要求14所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S4中所述尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.2～1：0.5～3：20～80：1。
16.按照权利要求1所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述恒温处理的处理时间为15～30h。
17.按照权利要求1所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述装入反应器时初始时尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.1～1.1：0.1～3.5：0.4～1.1：1。
18.按照权利要求17所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述装入反应器时初始时尿素、十六烷基三甲基溴化铵、水和硫酸钛的质量比为0.2～1：0.5～3：0.5～1：1。
19.按照权利要求1所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止；所述的干燥是在100～140℃条件下干燥5～15h；所述的热处理是在350～650℃条件下处理1～7h。
20.按照权利要求19所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：所述的热处理是在400～600℃条件下处理2～6h。
21.按照权利要求1所述改性炭材料在合成氧化钛中的制备工艺，其特征在于：合成得到的氧化钛为介孔氧化钛，其介孔比表面积为50～200 m2/g，介孔的最可几孔径范围为5～10nm。
22.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S6中所述铁盐为硝酸铁或氯化铁。
23.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S6中铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：4～31：0.005～0.025：0.04～0.5；所述的改性炭材料和铁盐的质量比为0.2～1.5：1。
24.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S6中铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：5～30：0.006～0.02：0.05～0.4。
25.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S7中装入反应器时铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：0.4～1.6：0.005～0.025：0.04～0.5。
26.按照权利要求25所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S7中装入反应器时铁盐、水、氯化钠、尿素质量比为1：0.5～1.5：0.006～0.02：0.05～0.4。
27.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：步骤S5中所述的洗涤是用去离子水洗涤过滤，直到洗涤至中性为止；所述的干燥是在100～140℃条件下干燥5～15h；所述的热处理是在350～650℃条件下处理1～7h。
28.按照权利要求27所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：所述的热处理是在400～600℃条件下处理2～6h。
29.按照权利要求1所述改性炭材料在合成介孔氧化铁中的制备工艺，其特征在于：合成得到的氧化铁为介孔氧化铁，其介孔比表面积为50～150 m2/g，介孔的最可几孔径范围为5～10nm。
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