快速檢測(cè)木質(zhì)活性炭碘吸附值方法研究

袁先群，侯格妮，張 敏，張麗平，楊 浩，吳建霞，王 莉*

（貴州茅臺(tái)酒股份有限公司 質(zhì)量部，貴州 仁懷 564501）

活性炭是一種多孔性的含碳物質(zhì)，它具有高度發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造，是一種極優(yōu)良的吸附劑，每克活性炭的吸附面積更相當(dāng)于八個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)之多[1-2]。而其吸附作用是由物理性吸附力與化學(xué)性吸附力共同達(dá)成，由于六環(huán)碳的不規(guī)則排列，造成了活性炭多微孔體積及高表面積的特性[3-4]?；钚蕴抠|(zhì)量的高低可通過碘吸附值、亞甲藍(lán)吸附值、灰分、強(qiáng)度等指標(biāo)來反映[5-6]，其中碘吸附值是衡量活性炭質(zhì)量高低的一個(gè)極為重要的技術(shù)指標(biāo)[7]，碘吸附值反映的是活性炭微孔的能力[8]，一般來說，碘吸附值越高，說明活性炭的吸附能力越強(qiáng)[9-10]。

木質(zhì)活性炭碘吸附值檢測(cè)依據(jù)為GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法碘吸附值的測(cè)定》（以下簡(jiǎn)稱烘箱法），但該方法樣品處理時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是烘干環(huán)節(jié)較費(fèi)時(shí)，影響檢測(cè)效率[11]。因此，研究碘吸附值快速簡(jiǎn)便的檢測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)烘箱法采用空氣對(duì)流方式對(duì)樣品進(jìn)行加熱，干燥失重的原理，需要較長(zhǎng)的干燥時(shí)間。而與之相比，鹵素水分測(cè)定儀采用熱失重分析法原理（以下簡(jiǎn)稱鹵素法），其中的樣品吸收鹵素?zé)舭l(fā)散出紅外輻射，可以達(dá)到快速加熱的效果[12]。梅特勒-托利多鹵素水分分析儀可以提供快速、準(zhǔn)確、可靠的水分測(cè)定，對(duì)大多數(shù)物質(zhì)的水分含量都能獲得很好的檢測(cè)結(jié)果[13-15]。

本試驗(yàn)通過對(duì)GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法碘吸附值的測(cè)定》[11]中碘吸附值的測(cè)定方法進(jìn)行改進(jìn)，并嘗試使用鹵素快速水分測(cè)定儀測(cè)得水分值來折算干基碘吸附值，以期滿足碘吸附值檢測(cè)的要求，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，大大縮短樣品處理時(shí)間，從而可以有效提高檢測(cè)效率[14]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3個(gè)不同批次的木質(zhì)活性炭：重慶飛洋活性炭制造有限公司；碘（分析純）、碘化鉀（分析純）、可溶性淀粉（分析純）、鹽酸（分析純）、硫代硫酸鈉（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DGX-9143B-1電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HY-2調(diào)速多用振蕩器：金壇市科析儀器有限公司；ME204電子天平、HX204鹵素快速水分測(cè)定儀：梅特勒-托利多有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

活性炭用在（150±5）℃條件下干燥至恒質(zhì)量，備用[16-18]。

1.3.2 預(yù)實(shí)驗(yàn)

分別稱取0.400 0 g、0.600 0 g、0.700 0 g、0.800 0 g、1.000 0 g、1.200 0 g活性炭樣品（精確至0.000 1 g），依據(jù)GB/T 12496.8—2015中D校正因子表進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，完成單因子實(shí)驗(yàn)以確定樣品質(zhì)量范圍。稱取上述試樣約0.7 g于干燥的250 mL碘量瓶中，記錄稱取的試樣量。

1.3.3 活性炭快速水分檢測(cè)方法的建立、驗(yàn)證

以烘箱法測(cè)定的樣品水分（10.77%）為標(biāo)準(zhǔn)，用鹵素水分測(cè)定儀HX204（以下簡(jiǎn)稱鹵素法），新建活性炭快速測(cè)定方法，設(shè)定主測(cè)定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)機(jī)模式為1 mg/32 s。分別采用烘箱法、鹵素法測(cè)定3種活性炭樣品的水分含量。

1.3.4 濕潤(rùn)及過濾

準(zhǔn)確加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的鹽酸10.0 mL，輕微搖動(dòng)，使試樣濕潤(rùn)，放在電爐上加熱至沸，保持微沸（30±2）s，冷卻至室溫；加入已標(biāo)定的0.1 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液50.0 mL，塞好瓶蓋，立即在360 r/min搖床振蕩15 min，用單層中速濾紙迅速過濾，棄去前幾毫升，收集后面的濾液備用。

1.3.5 滴定

吸取10.0 mL濾液放入裝有100 mL蒸餾水的250 mL碘量瓶中，用已標(biāo)定的0.1 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)溶液呈淡黃色時(shí)，加2 mL淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至溶液變成無色，記錄體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)實(shí)驗(yàn)

表1 校正因子確定質(zhì)量范圍Table 1 Calibration factor to determine the quality range

由表1可知，試樣質(zhì)量范圍在0.6～1.0 g時(shí)，校正因子在可查詢范圍內(nèi)，因此選擇后續(xù)烘箱法的活性炭質(zhì)量在0.6～1.0 g范圍內(nèi)。

2.2 活性炭快速水分檢測(cè)方法的建立

2.2.1 參數(shù)設(shè)定

以烘箱法測(cè)定的樣品水分（10.77%）為標(biāo)準(zhǔn)[17-18]，用鹵素水分測(cè)定儀HX204（以下簡(jiǎn)稱鹵素法），新建活性炭快速測(cè)定方法，設(shè)定主測(cè)定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)機(jī)模式為1 mg/32 s。

2.2.2 方法驗(yàn)證

新建活性炭測(cè)定參數(shù)，以3種樣品對(duì)新建的活性炭方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表2。

表2 烘箱法與鹵素法的水分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比Table 2 Comparison of moisture data between oven method and halogen method

依據(jù)GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法碘吸附值的測(cè)定》中的要求，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均≤3%，對(duì)3組樣品分別進(jìn)行6次測(cè)定，鹵素法和烘箱法的試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜3%；用單因素方差分析法比較兩組數(shù)據(jù)差異，并采用F檢驗(yàn)判斷兩者的差異性程度，顯示兩種方法無顯著性差異[19-22]。最終確定活性炭方法參數(shù)為：主測(cè)定參數(shù)，溫度為130 ℃，加熱模式為標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)機(jī)模式為1 mg/32 s。

2.3 碘吸附值的測(cè)定

2.3.1 烘箱法碘吸附值

按照國(guó)標(biāo)GB/T 12496.8—2015《木質(zhì)活性炭試驗(yàn)方法碘吸附值的測(cè)定》步驟制備樣品，以下簡(jiǎn)稱烘箱法，對(duì)烘干后的樣品進(jìn)行12次重復(fù)性試驗(yàn)。計(jì)算碘吸附值，結(jié)果見表3。

表3 烘箱法測(cè)定碘吸附值結(jié)果Table 3 Determination results iodine adsorption value by oven method

2.3.2 鹵素水分法碘吸附值

按照試驗(yàn)步驟直接稱量未烘干樣品，同樣進(jìn)行12次重復(fù)性試驗(yàn)，計(jì)算碘吸附值，結(jié)果見表4。

表4 鹵素水分法測(cè)定碘吸附值結(jié)果Table 4 Determination results of iodine adsorption value by halogen moisture method

分別用兩種方法對(duì)碘吸附值進(jìn)行檢測(cè)，由表3、表4可知，烘干的樣品碘吸附值平均值為629.92 mg/g，未烘干樣品干基碘吸附值平均值為617.77 mg/g，兩者的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.36%，符合國(guó)標(biāo)GB/T 12496.8—2015中碘吸附值平行試樣間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3%的要求。

2.3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，對(duì)12個(gè)樣品用兩種方法開展試驗(yàn)測(cè)定碘吸附值，測(cè)定結(jié)果見表5。

表5 烘箱法和鹵素水分法碘吸附值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 5 Relative standard deviation of iodine adsorption values by oven method and halogen moisture method

由表5可知，用兩種方法測(cè)定的碘吸附值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜3%。由于不同物質(zhì)具有不同的吸熱性能，顏色和性質(zhì)如光滑樣品表面通?？煞瓷涓嗟募t外輻射，即吸收的熱量更少，因此樣品溫度也就上升的更慢，因此，測(cè)得的水分含量會(huì)較恒重法略低。試驗(yàn)采用F檢驗(yàn)，得出兩種方法檢測(cè)結(jié)果無顯著性差異，可以認(rèn)為兩種方法均能滿足碘吸附值檢測(cè)。

3 結(jié)論

GB/T 12496.8—2015中木質(zhì)活性炭碘吸附值檢測(cè)步驟繁雜，烘干耗時(shí)較長(zhǎng)，大約需要5 h，新方法對(duì)烘干環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的水分測(cè)定只需要10 min左右，大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間，步驟更為簡(jiǎn)化，所測(cè)結(jié)果的精度高，準(zhǔn)確性好，可以有效提高檢測(cè)效率。

試驗(yàn)分別用烘箱法和鹵素法對(duì)12個(gè)樣品的碘吸附值進(jìn)行檢測(cè)，樣本量較小，后續(xù)可以加大實(shí)驗(yàn)樣本量，再利用雙樣本T檢驗(yàn)的方法確定烘箱法與鹵素法檢測(cè)結(jié)果的差異，驗(yàn)證兩種檢測(cè)方法的結(jié)果是否一致；活性炭吸水性強(qiáng)，在空氣中暴露時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響樣品結(jié)果的真實(shí)性，建議后續(xù)檢測(cè)過程中對(duì)樣品的采集及測(cè)定盡快完成；活性炭吸附性強(qiáng)，不同的稱量工具會(huì)產(chǎn)生不同的吸附效果，要注意在活性炭稱量過程采用合適的工具，以免對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。