微波消解測(cè)定高嶺土中化合物預(yù)處理的優(yōu)化

韓 沖， 張曉佳，李世鵬，李 鳳

(青島惠城環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，山東 青島 266500)

微波消解測(cè)定高嶺土中化合物預(yù)處理的優(yōu)化

韓 沖， 張曉佳，李世鵬，李 鳳

(青島惠城環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆綎| 青島 266500)

高嶺土在FCC催化劑生產(chǎn)過(guò)程中，是重要的原材料之一。為檢測(cè)高嶺土質(zhì)量，快速、準(zhǔn)確的測(cè)定高嶺土化學(xué)組成，采用微波消解技術(shù)對(duì)高嶺土樣品進(jìn)行處理，并測(cè)定其中4種化合物的含量。通過(guò)微波消解的條件試驗(yàn)，確定了微波消解高嶺土的最佳條件：高嶺土樣品取樣質(zhì)量0.7g，消解溫度220℃，消解時(shí)間40min，該方法與常規(guī)高嶺土測(cè)定結(jié)果一致，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5%，符合分析要求，該方法快捷、方便、節(jié)能、準(zhǔn)確，適合高嶺土化學(xué)組成的測(cè)定。

微波消解；化學(xué)組成；高嶺土

樣品的消解是許多分析工作的前提，它對(duì)整個(gè)分析工作往往會(huì)產(chǎn)生決定性的影響。但傳統(tǒng)的消解方法耗時(shí)很長(zhǎng)，且始終與外界保持接觸，增加了樣品被污染的可能性，而這種污染對(duì)于微量或痕量分析往往是致命的。近年來(lái)，微波消解由于其簡(jiǎn)捷、快速、受機(jī)體干擾小、試劑消耗少、節(jié)約能源、降低分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[1-2]。目前樣品微波消解技術(shù)可應(yīng)用于各種類(lèi)型的樣品，如地質(zhì)樣品[3-4]、石油化工產(chǎn)品[5]、生物樣品、食品和環(huán)境樣品等[6]。

高嶺土可用作催化劑載體，也是一種理想的原位晶化載體。20世紀(jì)60～70年代，Haden等[7-8]發(fā)明了以高嶺土為原料同時(shí)制備活性組分和基質(zhì)的原位晶化合成NaY沸石分子篩的技術(shù)。Engelhard公司在此基礎(chǔ)上深入研究了原位晶化合成FCC催化劑并成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。Engelhard公司的Brown等[9]以專利的形式報(bào)道了在高嶺土微球上原位晶化合成Y型分子篩，合成的產(chǎn)物中Y型分子篩的含量超過(guò)了40%。鄭淑琴等[10]以蘇州高嶺土為原料采用原位晶化技術(shù)合成出了Y型分子篩含量超過(guò)30%的FCC催化劑，所合成的催化劑表現(xiàn)出比普通商業(yè)催化劑高的活性、機(jī)械強(qiáng)度和抗鎳釩重金屬污染性以及良好的汽油和焦炭的選擇性。

目前高嶺土國(guó)標(biāo)分析法[11]為高溫堿熔法，該方法操作復(fù)雜，且分析氧化鉀和氧化鈉含量時(shí)，需重新取樣使用鉑坩堝經(jīng)酸分解，增加了操作的繁瑣性。常規(guī)分析方法是應(yīng)用壓力溶彈消解法，該方法耗時(shí)較長(zhǎng)，預(yù)處理過(guò)程需要4～5 h。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

萊伯泰科微波消解儀，可見(jiàn)分光光度計(jì)，火焰光度計(jì)，電子天平，鹽酸，六次甲基四胺，EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液，醋酸-醋酸鈉緩沖溶液等。高嶺土樣品，性狀：顏色比較灰，呈堅(jiān)硬塊狀。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 樣品的消解

選取2016年6月～2018年6月在我院治療的高血壓合并非永久性房顫患者70例作為研究對(duì)象，按隨機(jī)數(shù)字表法將其分為兩組，各35例。其中，對(duì)照組男18例，女17例，年齡56～79歲，平均（67.32±3.37）歲，房顫持續(xù)1～8個(gè)月，平均（4.62±0.53）個(gè)月；觀察組男19例，女16例，年齡54～78歲，平均（66.96±3.51）歲，房顫持續(xù)1～9個(gè)月，平均（4.57±0.49）個(gè)月。兩組一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者同意參與本研究并簽署知情書(shū)。

將高嶺土試樣研磨混勻，使取樣均勻。準(zhǔn)確稱取0.2～1.0 g試樣于清洗好的溶樣罐中，加入10mL鹽酸，混勻，放入微波消解系統(tǒng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得最佳溫度和時(shí)間進(jìn)行消解(見(jiàn)表1)。消解完畢泄壓后，過(guò)濾，轉(zhuǎn)移消解液于容量瓶中，定容，混勻備用。

表1 微波消解工作條件

1.2.2 樣品的測(cè)定

對(duì)高嶺土進(jìn)行化學(xué)成分分析，主要的分析項(xiàng)目為Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O。Al2O3的測(cè)定為EDTA配位滴定法；Na2O和K2O的測(cè)定為火焰光度法；Fe2O3的測(cè)定為分光光度法。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

選定稱樣質(zhì)量、消解溫度、消解時(shí)間三個(gè)主要因素，以氧化鋁及雜質(zhì)測(cè)定量為指標(biāo)，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)考察。

2.1.1 消解溫度對(duì)高嶺土消解是否完全的影響

稱取試樣0.5 g，設(shè)定微波消解程序，第二步用10min分別升溫至180、200、210、220、230℃。測(cè)定并計(jì)算氧化鋁及其雜質(zhì)含量。

將所得數(shù)據(jù)經(jīng)線性回歸處理，得到反應(yīng)溫度對(duì)消解測(cè)定化學(xué)組成含量的影響曲線(見(jiàn)圖1)。

圖1 消解溫度對(duì)高嶺土消解完全影響的曲線

2.1.2 消解時(shí)間對(duì)高嶺土消解完全的影響

稱取試樣0.5 g，設(shè)定微波消解程序，二段消解溫度為220℃，并在該溫度下保持20、30、 40、50min。測(cè)定并計(jì)算氧化鋁及其雜質(zhì)含量。

將所得數(shù)據(jù)中經(jīng)線性回歸處理，得到消解時(shí)間對(duì)高嶺土消解是否完全的影響曲線(見(jiàn)圖2)。

圖2 消解時(shí)間對(duì)高嶺土消解完全影響的曲線

由圖2可見(jiàn)，選擇消解時(shí)間為40min時(shí)為最佳實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2.1.3 取樣質(zhì)量對(duì)高嶺土消解完全的影響

稱取試樣分別為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g于微波消解罐中，設(shè)定二段消解程序，消解溫度為220℃，消解時(shí)間為40min，測(cè)定并計(jì)算氧化鋁及其雜質(zhì)含量。

將所得數(shù)據(jù)經(jīng)線性回歸處理后可知，取樣質(zhì)量對(duì)消解產(chǎn)生的影響很小，但考慮雜質(zhì)的含量低，檢出限小，所以建議優(yōu)選取樣質(zhì)量相對(duì)較大的0.7 g為最佳。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，得出了單個(gè)因素的最適條件，但各因素之間是相互影響的。因此將消解溫度(A)、消解時(shí)間(B)、取樣質(zhì)量(C)3個(gè)可能有交互影響的因素進(jìn)行了L9(34)的正交實(shí)驗(yàn)。因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平表

表3 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

在正交實(shí)驗(yàn)中，由極差分析的結(jié)果可知，各因素的主次順序?yàn)橄鉁囟?消解時(shí)間>取樣質(zhì)量。同時(shí)考慮當(dāng)稱樣量逐漸提高，產(chǎn)生的相對(duì)偏差會(huì)減小，因此微波消解高嶺土的最優(yōu)組合為A3B3C3，即：消解溫度220℃，消解時(shí)間40min，取樣質(zhì)量0.7 g，在此條件下高嶺土消解完全，分析準(zhǔn)確。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文采用微波消解處理高嶺土測(cè)定其化學(xué)組成，得到了最佳溶樣條件：消解溫度為220℃，消解時(shí)間40min，取樣質(zhì)量0.7 g。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極差大小的比較得出各影響因素對(duì)高嶺土化合物測(cè)定顯著性影響順序?yàn)椋合鉁囟?消解時(shí)間>取樣質(zhì)量。

微波能直接穿透樣品的內(nèi)部，里外同時(shí)加熱，瞬間可達(dá)較高溫度，縮短了消解時(shí)間，微波消解需2 h，而壓力溶彈需要4～5 h消解，這明顯縮短了試樣分析時(shí)間，給快速分析創(chuàng)造了良好的條件。

[1] 張芙蕖，蔣晶晶．三種土壤消解方法的對(duì)比研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008,33(3):132-134．

[2] 張素榮，曹晶晶．對(duì)比不同消解方法測(cè)定土壤中重金屬[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004,27(增刊)：49-51．

[3] 馬英軍，劉叢強(qiáng)，漆 亮，等.微波密閉消解-等離子體質(zhì)法測(cè)定巖石樣品中的稀土元素[J].巖礦測(cè)試，1999,18(3)：189-192.

[4] 曹 槐，尹建國(guó).微波消解在磷礦石樣品制備中的應(yīng)用[J].巖礦測(cè)試，1996,15(1)：58-59.

[5] 朱玉霞，何 京，陸婉珍. 微波密閉消解-等離子體原子發(fā)射光譜測(cè)定石油化工催化劑中負(fù)載元素含量[J].巖礦測(cè)試，1998,17(2)：138-140.

[6] 金欽漢.微波技術(shù)在分析化學(xué)中的應(yīng)用[J].分析化學(xué)，1988,16(7):668-671.

[7] Haden W L，Metuchen J，Dzierzanowski F J.Zeolitic catalyst and preparation:US,3657154[P].1972-04-18．

[8] Haden W L，Metuchen J，F(xiàn)rank J D.Method for making faujasite-type crystalline zeolite:US,3338672[P].1967-08-29．

[9] Brown S M，Durante V A，Reagan W J.Fluid catalytic cracking catalyst comprising mi-crospheres containing more than about 40 percent by weight Y-faujasite and methods for making:US,4493902[P].1985-01-15．

[10] Zheng S Q，Sun S H，Wang Z F，et al.Suzhou kaolin as a FCC catalyst [J].Clay Miner，2005,40(3):303-310．

[11] 中國(guó)建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T14563-2008 高嶺土及其檢測(cè)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

(本文文獻(xiàn)格式：韓 沖， 張曉佳，李世鵬，等.微波消解測(cè)定高嶺土中化合物預(yù)處理的優(yōu)化[J].山東化工,2017,46(11):109-111.)

山東臨沂輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛

從山東臨沂市統(tǒng)計(jì)局獲悉，該市在推進(jìn)“三引一促”加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中，輪胎產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。

近年來(lái)，汽車(chē)、交通運(yùn)輸、工程機(jī)械等行業(yè)保持穩(wěn)定發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)輪胎產(chǎn)品的需求擴(kuò)大，輪胎產(chǎn)業(yè)迎來(lái)較好的發(fā)展時(shí)期。

2016年，臨沂市規(guī)模以上輪胎生產(chǎn)企業(yè)達(dá)12家，完成產(chǎn)值108.7億元，占全市規(guī)模以上工業(yè)產(chǎn)值的1%。

去年全年，臨沂輪胎生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入97億元、利稅4.9億元、利潤(rùn)4.8億元，分別占全市規(guī)模以上工業(yè)的0.9%、0.6%和0.9%以上。

此外，臨沂去年輪胎外胎產(chǎn)量達(dá)4164萬(wàn)條，其中，重點(diǎn)產(chǎn)品子午胎3854萬(wàn)條，占全國(guó)產(chǎn)量的15%以上。

2016年，該市規(guī)模以上輪胎生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)值同比增長(zhǎng)66.3%，增幅高于全市規(guī)模以上工業(yè)平均60個(gè)百分點(diǎn)以上，拉動(dòng)全市產(chǎn)值增長(zhǎng)0.4個(gè)百分點(diǎn)。

輪胎外胎、子午胎年產(chǎn)量分別增長(zhǎng)126%和158%。

從效益運(yùn)行指標(biāo)看，臨沂輪胎企業(yè)全年主營(yíng)業(yè)務(wù)收入、利稅、利潤(rùn)增速皆在20%以上，同比分別增長(zhǎng)52%、23%和48%，分別領(lǐng)先該市規(guī)模以上工業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入、利稅、利潤(rùn)增速48、20和46個(gè)百分點(diǎn)。

2017年一季度，臨沂市輪胎生產(chǎn)企業(yè)累計(jì)完成產(chǎn)值21.6億元，增長(zhǎng)72.2%，比去年全年輪胎業(yè)生產(chǎn)平均增速加快了近6個(gè)百分點(diǎn)，拉動(dòng)全市規(guī)模以上工業(yè)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)0.4個(gè)點(diǎn)。

Optimization of the Compound Pretreatment in Kaolin by Microwave Digestion Determination

HanChong,ZhangXiaojia,LiShipeng,LiFeng

(Qingdao Huiheng Environmental Technology Co. ,Ltd.,Qingdao 266500,China)

Kaolin in the production process of FCC catalysts,is one of the important raw materials. For the detection of kaolin quality,rapid and accurate determination of the chemical composition of kaolin,kaolin samples by microwave digestion technique,and determined the content of 4 kinds of compounds. Through the experiment of microwave digestion conditions to determine the optimum conditions of microwave digestion of kaolin: Kaolin sample quality 0.7G,digestion temperature 220 DEG C,digestion time 40min,the method and conventional kaolin were consistent and relative standard deviation is less than or equal to 5%,in line with the requirement analysis,the method is quick,convenient,energy saving,accurate,sui
Table for kaolin chemical composition determination.

microwave digestion; chemical composition; kaolin

2017-03-30

韓 沖(1988—)，女，山東青島人，助理工程師，主要從事化學(xué)分析。

O657

A

1008-021X(2017)11-0109-03