[发明专利]催化消解富集分离柱和催化消解富集分离杯及其制备方法

权利要求书

1.一种催化消解富集分离柱，主体为多孔陶瓷柱；其特征在于，所述的多孔陶瓷柱，其孔洞的孔径为3~10μm，沿催化消解富集分离柱中轴方向上，多孔陶瓷柱内部设置多条管径为2~4mm的螺旋状微管；所述的螺旋状微管的螺旋中心轴为多孔陶瓷柱的中心轴；所述的螺旋状微管管壁上密布有与多孔陶瓷柱内孔洞相通的通孔，所述的通孔直径和多孔陶瓷柱的孔洞直径相同；

所述的螺旋状微管管壁上和多孔陶瓷柱的孔洞内壁上均负载有纳米钛酸钙和纳米钛酸锶；

所述的催化消解富集分离柱，采用以下步骤制得：

一、配料

按配比，称取原料；其中，各个原料的粒径和重量份数分别为：

硅藻土，200~400目，100份；高岭土，600~1000目，30份；氧化铝，200~400目，25份；四水硝酸钙，7.0-9.5份；钛酸四正丁酯，10.2-13.7份；其中，四水硝酸钙与钛酸四正丁酯，按摩尔比，n_钛：n_钙=1：1；

二、改性硅藻土

将硅藻土浸没于含双氧水的硝酸溶液中，加热煮沸保持10~30min，固液分离，将得到的硅藻土用水洗至中性，得到去杂扩孔后的硅藻土；其中，双氧水的硝酸溶液中，硝酸的摩尔浓度为0.4~0.6mol/L；双氧水的质量百分含量为8~12%；

将去杂扩孔后的硅藻土浸泡于螯合分散剂的水溶液中，超声振荡20~30min，置于密闭容器中，抽真空，真空度为-0.1~-0.09MPa，保持100~150min，恢复常压，静置20~30h，过滤，将过滤后的固体物质，60~80℃烘干，得到改性后的硅藻土；其中，螯合分散剂的水溶液中含有的化学成分及各个成分的质量浓度分别为：尿素为60~100g/L，醋酸为10~20g/L，柠檬酸为30~50g/L；

三、氧化铝的活化

将氧化铝用0.1~0.2mol/L的氢氧化钠溶液浸泡活化10~30min，水洗至中性，100~110℃烘干，得到活化后的氧化铝，备用；

四、负载钙

按配比，将四水硝酸钙完全溶解于无水乙醇中，得到四水硝酸钙的无水乙醇溶液；

将改性后的硅藻土浸没于四水硝酸钙的无水乙醇溶液中，密闭，超声振荡20~30min，加热至80~100℃，蒸干，将蒸干后的固体物质，80~100℃烘干老化，得到含钙硅藻土；

五、负载钛

按配比，将钛酸四正丁酯完全充分分散在无水乙醇中，得到含钛乙醇溶液；

将含钙硅藻土浸没于含钛乙醇溶液中，超声振荡20~40min，置于密闭容器中，对容器抽真空，真空度为-0.1MPa~-0.09MPa，保持10~30min，恢复常压，重复抽真空2~4次，加热80~100℃蒸干，在80~100℃干燥3h，按比例加入高岭土和活化氧化铝，得到混合料；

向混合料中加入水，搅拌均匀，密闭放置24h以上，得到原料粉；其中，水的量为混合料质量的5~15%；

六、处理铁铬铝合金丝和蚕丝

将直径为0.75~2mm的铁铬铝合金丝，置于0.1~0.2mol/L的盐酸中浸泡30~60s，取出，水洗至中性，再用0.1~0.2mol/L的氢氧化钠溶液煮沸5~15min，取出，用水洗净，烘干，表面涂上一层凡士林，得到预处理后的铁铬铝合金丝，备用；

将蚕丝置于含0.01~0.02mol/LNaOH的95%的乙醇溶液中，浸泡1h，取出，干燥，再置于醋酸和柠檬酸的混合水溶液中，浸泡活化10~20h，取出阴干，得到活化后的蚕丝；其中，95%的乙醇溶液为体积百分含量，醋酸和柠檬酸的混合水溶液中，醋酸的质量百分数为15~20%，柠檬酸的质量百分数为8~12%；

将活化后的蚕丝，浸没于饱和的硝酸钙无水乙醇溶液中，浸泡20~30h，取出，直接浸泡于钛酸四正丁酯中，密闭反应6h以上，得到负载有钙和钛的蚕丝；

七、制备扭转笼

取长50~180mm预处理后的铁铬铝合金丝，表面紧密缠绕负载有钙和钛的蚕丝，于100~110℃烘干，得到模板丝；

将多个模板丝两端用铁铬铝合金丝分别绑连固定，得到以模板丝为脚踏板的梯子状绑连丝；其中，模板丝互相平行且相邻模板丝距离为3~5mm；

将梯子状绑连丝沿着铁铬铝合金丝方向卷起，得到模板丝相互平行的圆柱形笼子，其中，圆柱形笼子的柱高为模板丝长度、层间距为3~5mm，笼子的直径为18~58mm；

将模板丝相互平行的圆柱形笼子，以其圆柱中心轴为中心，将模板丝两端形成的两个表面以相反方向扭转30°~180°，调整，所有扭曲后的模板丝形成的螺旋状，均以圆柱形笼子中心轴为轴心，得到扭转笼；

八、加料、模压、通电、煅烧

将扭转笼置于直径为22~62mm的圆柱形模具正中，添加原料粉，扭转笼中，绑连的铁铬铝合金丝裸露，压实，加压20~30MPa，保压10~30min，脱模，得到高为10~80mm，直径为22~66mm的圆柱体，置于100~110℃烘干，得到圆柱形坯料；

将圆柱形坯料的两端绑连的铁铬铝合金丝分别引出导线A和导线B，分别接在外接恒流电源的正负输出端；

将圆柱形坯料直立放置于电炉中，当炉内温度升高至350~400℃，接通外接恒流电源通电，且每路模板丝电流为10~20A，当炉内温度升高至1080~1090℃，外接恒流电源停止通电，电炉保温煅烧10~30min，随炉冷却至室温，得到多孔圆柱体；

九、催化消解富集分离柱

将多孔圆柱体中铁铬铝合金丝去除，切削边角并倒棱后，置于0.5~2mol/L稀盐酸中，加热至沸腾浸泡20~40min，水洗，烘干，浸没于含50g/L柠檬酸和尿素饱和的乙醇溶液中，超声浸泡50~80min，烘干，再置于硝酸锶的饱和无水乙醇溶液中，超声浸泡50~80min，烘干，置于0.5~2g/mL的钛酸四正丁酯的乙醇溶液中，于70~100℃密闭超声振荡浸泡50~80min，降至室温，吹干表面溶液，烘干，于1000~1060℃煅烧50~70min，随炉冷却至室温，得到催化消解富集分离柱，置于干燥箱内备用。