ICP-AES法測(cè)定煤氣化廢水催化劑中錳銅鐵含量

李夢(mèng)潔

(湖南長(zhǎng)嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414011)

ICP-AES法測(cè)定煤氣化廢水催化劑中錳銅鐵含量

李夢(mèng)潔

(湖南長(zhǎng)嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南 岳陽(yáng) 414011)

利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)法進(jìn)行了煤氣化廢水催化劑中錳、銅、鐵含量測(cè)定方法研究，試樣經(jīng)王水和氫氟酸溶解后，對(duì)溶解方法及待測(cè)元素間的相互作用做了試驗(yàn)，選擇合適的分析譜線，建立了同時(shí)測(cè)定錳、銅、鐵元素的分析方法，方法回收率在95%～103%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本方法具有準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、快速的優(yōu)點(diǎn)。

煤氣化廢水催化劑；錳銅鐵；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目在生產(chǎn)過(guò)程中面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題，煤化工裝置在排放廢水問(wèn)題上具有量大、毒性高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，催化劑在煤氣化廢水處理中起著重要的作用。以活性炭為載體的催化劑中錳銅鐵三種元素作為催化劑的組成成分對(duì)催化氧化起著積極的作用，因此準(zhǔn)確測(cè)定該催化劑中錳銅鐵三種元素的含量對(duì)催化劑的制備及活性及穩(wěn)定性的評(píng)估有著積極的意義。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法是分析金屬元素的重要方法，能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)樣品中的金屬元素進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

VISTA AX CDD Simulatanteous ICP-AES 光譜儀；CCD檢測(cè)器，波長(zhǎng)范圍110～700 nm。

為了滿足儀器對(duì)不同元素的分析及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，必須對(duì)儀器的各個(gè)工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。采用Auto Max對(duì)分析條件進(jìn)行優(yōu)化，得到儀器的工作條件為：發(fā)生器功率為1.2kW；霧化器流量為1.50 L/min；輔助器流量為1.50L/min；分析泵速為15 r/min。

1.2 試劑

鹽酸、硝酸、氫氟酸均為優(yōu)級(jí)純；MnO2、鐵海棉、CuO均為光譜純；水為二次去離子水。

Mn標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 g/L)：準(zhǔn)確稱取0.3165 g于120℃烘至恒溫的MnO2，用少量HCl(1+1)低溫加熱溶解，冷卻后定容至200mL容量瓶?jī)?nèi)，備用；

Fe標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 g/L)：取0.2000g的鐵海棉，用少量HCl(1+1)低溫加熱溶解，冷卻后定容至200mL容量瓶?jī)?nèi)，備用；

Cu標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 g/L)：取0.3130g的CuO，用少量HCl(1+1)低溫加熱溶解，冷卻后定容至200mL容量瓶?jī)?nèi)，備用。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的配制

根據(jù)樣品中Mn、Cu、Fe元素的大致含量，由1.2中制備的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液根據(jù)不同的稀釋比例配制出一套適合于樣品分析的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如表1所示。

表1 Mn、Cu、Fe混合標(biāo)準(zhǔn)溶液

1.4 樣品制備

采用不用的酸對(duì)樣品進(jìn)行溶解實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變樣品的稱樣量、溶解樣品的試劑等因素進(jìn)行試驗(yàn)，確定樣品的制備方法為：將待測(cè)樣品于110℃烘箱內(nèi)烘至恒量，準(zhǔn)確稱取約0.2000 g左右的樣品于550 ± 10℃的馬弗爐內(nèi)灼燒除炭，待樣品灼燒完全后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯的燒杯內(nèi)，加入5 mL王水低溫蒸干，隨后加入10 mL氫氟酸，待氫氟酸徹底蒸干之后，再加入5mL的HCl(1+1)，此步驟重復(fù)兩遍，觀察到樣品清亮，催化劑溶解良好。

2 結(jié)果及討論

2.1 樣品的預(yù)處理

該催化劑經(jīng)過(guò)550 ± 10℃灼燒除炭后，用酸即可使樣品溶解。本實(shí)驗(yàn)分別采用了三種方法對(duì)樣品進(jìn)行溶解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示：

(1)HCl：直接加入HCl(1+1)低溫加熱溶解；樣品處理后有大量白色沉淀析出，推測(cè)該物質(zhì)為Si。

(2)HF+ HCl：使用HF低溫溶解蒸干，再加入HCl(1+1)低溫溶解；該方法處理后樣品內(nèi)有少量黑色物質(zhì)析出。

(3)王水+ HF+ HCl：使用王水處理后，加入氫氟酸低溫蒸干，最后加入HCl(1+1)低溫溶解，該方法處理后樣品清亮，無(wú)沉淀析出。

因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇處理后樣品清亮無(wú)沉淀的方法來(lái)溶解樣品，即王水+ HF+ HCl(1+1)的方法進(jìn)行樣品的預(yù)處理。

2.2 樣品稱樣量和稀釋倍數(shù)的選擇

由于本催化劑內(nèi)Mn、Cu、Fe的含量都相對(duì)較高，采用儀器進(jìn)樣時(shí)，溶液內(nèi)元素濃度過(guò)高，可能導(dǎo)致進(jìn)樣系統(tǒng)堵塞，導(dǎo)致分析結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，因此對(duì)樣品的稱樣量及稀釋倍數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

(1)分別稱取0.1000 ，0.2000，0.3000，0.4000，0.5000 g的待測(cè)樣品，按照樣品的處理方法進(jìn)行處理，綜合考慮樣品處理過(guò)程中的誤差、酸的用量、樣品的處理時(shí)間以及樣品內(nèi)不同元素含量的大小不同，最終確定稱樣量為0.2000 g。

(2)在確定了稱樣量之后，定容至100 mL，對(duì)樣品的稀釋倍數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，分別稀釋5倍、10倍、12.5倍。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：稀釋5倍后，樣品內(nèi)含量較高的元素濃度過(guò)高，需繼續(xù)稀釋；而當(dāng)稀釋12.5倍后，有的含量較低的元素濃度過(guò)低，是待測(cè)元素信號(hào)降低，誤差增大。因此，最終選擇的稀釋因子為1000。

2.3 氫氟酸的濃度

HF在樣品處理過(guò)程中起到除Si的作用，因此需要考慮該酸的濃度是否對(duì)樣品的處理有影響，該實(shí)驗(yàn)中將氫氟酸的體積定為10 mL，HF與水的體積比分別為1:0，1:1，2:1，1:2，1:3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)不同濃度的HF處理后樣品均能溶解完全、透亮；Mn、Cu、Fe的測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯差別。因此該實(shí)驗(yàn)證明氫氟酸的濃度對(duì)樣品處理并無(wú)影響，考慮到樣品處理的時(shí)間，因此最終選擇直接加入10 mL的氫氟酸來(lái)處理樣品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 氫氟酸濃度對(duì)元素測(cè)定結(jié)果的影響

2.4 分析線的選擇

參照儀器軟件推薦的波長(zhǎng)，選擇2～3條譜線作為參考，參考待測(cè)元素及共存元素之間的干擾情況、峰型以及待測(cè)元素的濃度等情況，最終確定Mn、Cu、Fe的分析線分別為：260.6 nm、324.8 nm及238.2 nm。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

待測(cè)元素之間的相互干擾能導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，因此驗(yàn)證元素之間的相互干擾顯得尤為重要。通過(guò)正交法對(duì)Mn、Cu、Fe三種元素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其相互之間是否具有干擾。實(shí)驗(yàn)方法如表3所示，分別將三種元素的濃度設(shè)置為1 ×10-6、3 ×10-6、10 ×10-6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)ICP-AES檢測(cè)，六組數(shù)據(jù)均與理論數(shù)據(jù)相符，證明三種元素之間并無(wú)相互干擾現(xiàn)象。

表3 Mn、Cu、Fe三種元素相互干擾實(shí)驗(yàn)

2.5 方法檢出限

按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)空白樣品進(jìn)行處理，在儀器最佳工作條件下對(duì)空白樣品連續(xù)測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限。結(jié)果見(jiàn)表4所示。

表4 Mn、Cu、Fe三種元素檢出限

2.6 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

采用上述的樣品處理方法和儀器工作條件對(duì)同一個(gè)樣品連續(xù)進(jìn)樣測(cè)定5次，考察方法的重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示，本方法的錳銅鐵相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)分別為≦1.56%、0.50%和1.18%，本方法重復(fù)性好，測(cè)定結(jié)果可靠。

表5 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.7 準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用加標(biāo)回收的方法進(jìn)行準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)，稱取五個(gè)樣品，對(duì)樣品中的不同元素加入各不相同(與待測(cè)元素含量相近)的含量，經(jīng)過(guò)樣品處理的全過(guò)程。表6為該樣品定容至100 mL稀釋10倍后的數(shù)據(jù)。本方法中錳銅鐵三種元素的回收率分別為95%～103%、98%～101%、96%～102%，回收率好。

表6 回收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件建立了電感耦合發(fā)射光譜儀測(cè)定煤氣化廢水催化劑中鐵銅錳三種元素含量的方法；

(2)該方法的檢出限低、重復(fù)率好，回收率高、干擾少，操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、快速；

(3)該方法的建立能準(zhǔn)確的反映催化劑內(nèi)相關(guān)元素的含量，對(duì)催化劑的制備工作的順利進(jìn)行起到積極的指導(dǎo)作用。

[1] 辛仁軒. 等離子體發(fā)射光譜分析[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005，118.

[2] 唐華應(yīng)，方 艷， 劉惠麗. ICP-AES法測(cè)定釩鐵合金中Al、Mn、Si[J].云南治金， 2007 , 36 (1) :62-63.

[3] 金寶康. 火焰原子吸收分光光度法測(cè)定煤及煤基活性炭中微量金屬元素[J].石油化工運(yùn)用， 2011 , 30 (10) :72-73.

2017-07-17

李夢(mèng)潔(1989—)，女，云南昆明人，助理工程師 ，主要從事分析測(cè)試工作。

O657.31

A

1008-021X(2017)18-0084-02

(本文文獻(xiàn)格式李夢(mèng)潔.ICP-AES法測(cè)定煤氣化廢水催化劑中錳銅鐵含量[J].山東化工，2017，46(18)：84-85.)