管式爐燃燒法測(cè)定固體廢物中硫、氯、氟的含量

班志鵬

摘 要：提出了利用管式爐處理固體廢物測(cè)定硫、氯、氟含量的方法。利用管式爐使固體廢物進(jìn)行充分燃燒，將其中的硫、氯、氟轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，通過1%過氧化氫溶液和0.3mol/L氫氧化鈉溶液的吸收或溶解于溶液中轉(zhuǎn)化成SO42-、Cl-和F-，分別測(cè)定吸收液中SO42-、Cl-和F-的濃度可換算出固體廢物中硫、氯、氟的含量，由相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和回收率來確定方法的精確性和準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明五次實(shí)驗(yàn)中硫、氯、氟含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.01%，2.15%和3.84%，平均回收率分別為94.89%，99.27%，93.29%，該方法具有較高的準(zhǔn)確性和精確性。

關(guān)鍵詞：固體廢物；管式爐；硫；氯；氟

固體廢物是指在一定時(shí)間和地點(diǎn)喪失原價(jià)值而被拋棄的固態(tài)、半固態(tài)以及置于容器中的氣態(tài)物質(zhì)。焚燒法可以最大限度的減小固體廢物的體積和重量，因此用焚燒法是一種集無害化、減量化處理和資源化利用于一體的處理技術(shù)。但在利用燃燒法處理固體廢物的過程中，以有機(jī)物或者無機(jī)物形態(tài)存在的硫、氯、氟等會(huì)轉(zhuǎn)化成氯化氫、氟化氫、二氧化硫、三氧化硫等具有腐蝕性或有害的氣態(tài)物質(zhì)。通過測(cè)定硫、氯、氟的含量可以評(píng)估焚燒固體廢物的適合性及焚燒配伍。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

SLG1100-60管式爐（上海升利測(cè)試儀器有限公司）、AUY220分析天平（日本島津儀器有限公司）、UV-9600紫外可見分光光度計(jì)（北京瑞利分析儀器有限公司）、PHS-3C毫伏計(jì)、PF-2-01氟離子選擇電極、231-01參比電極（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）、氧氣（99.99%）、氯代苯酸、4-氟代苯酸、磺胺酸、三氧化二鋁、1%過氧化氫、氫氧化鈉溶液（C（NaOH）=0.3mol/L）、（1+1）氨水、鹽酸溶液（C（HCl）=2.5mol/L）、鉻酸鋇懸濁液（25.3g/L）、硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液（含硫酸根1.0g/L）、硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液（C（AgNO3）=0.0141mol/L）、鉻酸鉀溶液（50.0g/L）、氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液（含氟10.0mg/L）、總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑（0.2mol/L檸檬酸鈉-1.0mol/L硝酸鈉）。

標(biāo)準(zhǔn)樣品制備：準(zhǔn)確稱取15.00g4-氯苯甲酸、0.55g4-氟苯甲酸、15.00g磺胺酸和19.45g三氧化二鋁放置于80mm瓷研缽中，充分研磨后，收集于250mL廣口瓶中備用，該樣品中硫的理論含量為55.54mg/g，氯的理論含量為67.93mg/g，氟的理論含量為1.49mg/g。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 操作步驟

①按下圖方式組裝并檢查裝置氣密性，打開管式爐電源使其溫度達(dá)到950℃；

②打開石英管前端蓋板，將裝有0.50-1.00g標(biāo)準(zhǔn)樣品（稱取高熱值樣品應(yīng)小于0.50g）的瓷舟送入石英管中部，迅速將石英管前端蓋板蓋上并用螺絲擰緊；

③打開氧氣主閥門，調(diào)節(jié)氧氣流量計(jì)，控制氧氣流量為1.5L/min，保證樣品充分燃燒后混合兩個(gè)吸收瓶中的吸收液并定容至500mL。

1.2.2 硫含量測(cè)定

①分別量取50mL吸收液、0、0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0及10.0mL硫酸根標(biāo)液于九個(gè)錐形瓶中并定容至50mL，標(biāo)液相應(yīng)的硫酸根濃度分別為0、10.0、20.0、40.0、80.0、120.0、160.0、200.0mg/L。

②向各錐形瓶中分別加入1mL2.5mol/L鹽酸溶液，煮沸5分鐘后各加2.5mL鉻酸鋇懸濁液繼續(xù)煮沸5分鐘，待溶液冷卻后，逐滴向各錐形瓶中加入（1+1）氨水至溶液呈現(xiàn)檸檬黃色，再多加兩到三滴。

③用慢速定性濾紙過濾并將錐形瓶和濾紙用蒸餾水洗滌三次，濾液收集于50mL比色管中并加蒸餾水至標(biāo)線。

④用10mm比色皿在420nm波長處測(cè)量其吸光度，繪制吸光度-硫酸根濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線。

⑤硫含量按下式計(jì)算：

ω=

式中：

ω-硫含量，mg/g

M-由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的硫酸根濃度，mg/L

m-樣品質(zhì)量，g

1.2.3 氯含量測(cè)定

①吸取50mL吸收液和50mL蒸餾水于兩個(gè)錐形瓶中，各加入1mL鉻酸鉀溶液作為指示劑，用硝酸銀標(biāo)液滴定，不斷搖動(dòng)錐形瓶，當(dāng)磚紅色沉淀剛出現(xiàn)時(shí)記錄消耗硝酸銀標(biāo)液的體積。

②氯含量按下式計(jì)算：

ω=

式中：

ω-氯含量，mg/g

V1-滴定蒸餾水所消耗硝酸銀標(biāo)液的體積，mL

V2-滴定吸收液所消耗硝酸銀標(biāo)液的體積，mL

C-硝酸銀標(biāo)液濃度，mol/L

m-樣品質(zhì)量，g

1.2.4 氟含量測(cè)定

①取五個(gè)50mL聚乙烯容量瓶，各加10mL總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖溶液及1.0、3.0、5.0、10.0、20.0mL氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液并定容至標(biāo)線，搖勻后倒入100mL聚乙烯杯中，相應(yīng)氟離子濃度分別為0.2、0.6、1.0、2.0、4.0mg/L。插入氟離子選擇電極和參比電極，待毫伏計(jì)示數(shù)不在變化時(shí)記錄其電位值EX。在每次測(cè)量前都應(yīng)將電極清洗干凈并用濾紙吸干水分。在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制E（mV）-logCF-（mg/L）校準(zhǔn)曲線。

②用鹽酸調(diào)節(jié)吸收液pH接近中性后，按上述步驟測(cè)定其毫伏數(shù)，由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查找氟化物的濃度CF-（mg/L）。

③氟含量按下式計(jì)算：

ω=

式中：

ω-氟含量，mg/g

C-由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的氟離子濃度，mg/L

m-樣品質(zhì)量，g

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)定結(jié)果

2.2 討論

標(biāo)準(zhǔn)樣品中，組成成分簡(jiǎn)單，硫、氯、氟元素以有機(jī)物的形式存在，而固體廢物中的硫、氯、氟以有機(jī)化合物和無機(jī)化合物等多種形式存在，以有機(jī)化合物和部分無機(jī)化合物存在的硫、氯、氟經(jīng)過燃燒后生成二氧化硫、三氧化硫、氯化氫、氟化氫等有毒有害氣體，最終被吸收液吸收，而燃燒過程中產(chǎn)生的不可溶的硫、氯、氟化合物不能被吸收液吸收，原始樣品中以無機(jī)鹽形式存在的不參與燃燒反應(yīng)的硫、氯、氟則大部分殘存于燃燒灰燼中。所以在測(cè)定未知樣品時(shí)，轉(zhuǎn)化不完全會(huì)使測(cè)定結(jié)果偏低。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明五次實(shí)驗(yàn)中硫、氯、氟含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.01%、2.15%和3.84%，平均回收率分別為94.89%、99.27%、93.29%，該方法具有較高的準(zhǔn)確性和精確性。