微波消解測定高嶺土中化合物預處理的優化

韓 沖， 張曉佳，李世鵬，李 鳳

(青島惠城環保科技股份有限公司，山東 青島 266500)

微波消解測定高嶺土中化合物預處理的優化

韓 沖， 張曉佳，李世鵬，李 鳳

(青島惠城環保科技股份有限公司，山東 青島 266500)

高嶺土在FCC催化劑生產過程中，是重要的原材料之一。為檢測高嶺土質量，快速、準確的測定高嶺土化學組成，采用微波消解技術對高嶺土樣品進行處理，并測定其中4種化合物的含量。通過微波消解的條件試驗，確定了微波消解高嶺土的最佳條件：高嶺土樣品取樣質量0.7g，消解溫度220℃，消解時間40min，該方法與常規高嶺土測定結果一致，且相對標準偏差≤5%，符合分析要求，該方法快捷、方便、節能、準確，適合高嶺土化學組成的測定。

微波消解；化學組成；高嶺土

樣品的消解是許多分析工作的前提，它對整個分析工作往往會產生決定性的影響。但傳統的消解方法耗時很長，且始終與外界保持接觸，增加了樣品被污染的可能性，而這種污染對于微量或痕量分析往往是致命的。近年來，微波消解由于其簡捷、快速、受機體干擾小、試劑消耗少、節約能源、降低分析人員勞動強度等優點而得到廣泛應用[1-2]。目前樣品微波消解技術可應用于各種類型的樣品，如地質樣品[3-4]、石油化工產品[5]、生物樣品、食品和環境樣品等[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60～70年代，Haden等[7-8]發明了以高嶺土為原料同時制備活性組分和基質的原位晶化合成NaY沸石分子篩的技術。Engelhard公司在此基礎上深入研究了原位晶化合成FCC催化劑并成功實現了工業化生產。Engelhard公司的Brown等[9]以專利的形式報道了在高嶺土微球上原位晶化合成Y型分子篩，合成的產物中Y型分子篩的含量超過了40%。鄭淑琴等[10]以蘇州高嶺土為原料采用原位晶化技術合成出了Y型分子篩含量超過30%的FCC催化劑，所合成的催化劑表現出比普通商業催化劑高的活性、機械強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。

目前高嶺土國標分析法[11]為高溫堿熔法，該方法操作復雜，且分析氧化鉀和氧化鈉含量時，需重新取樣使用鉑坩堝經酸分解，增加了操作的繁瑣性。常規分析方法是應用壓力溶彈消解法，該方法耗時較長，預處理過程需要4～5 h。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

萊伯泰科微波消解儀，可見分光光度計，火焰光度計，電子天平，鹽酸，六次甲基四胺，EDTA標準溶液，醋酸-醋酸鈉緩沖溶液等。高嶺土樣品，性狀：顏色比較灰，呈堅硬塊狀。

1.2 實驗步驟

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例作為研究對象，按隨機數字表法將其分為兩組，各35例。其中，對照組男18例，女17例，年齡56～79歲，平均（67.32±3.37）歲，房顫持續1～8個月，平均（4.62±0.53）個月；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1～9個月，平均（4.57±0.49）個月。兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。本研究經我院倫理委員會批準，患者同意參與本研究并簽署知情書。

將高嶺土試樣研磨混勻，使取樣均勻。準確稱取0.2～1.0 g試樣于清洗好的溶樣罐中，加入10mL鹽酸，混勻，放入微波消解系統中，通過實驗獲得最佳溫度和時間進行消解(見表1)。消解完畢泄壓后，過濾，轉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 樣品的測定

對高嶺土進行化學成分分析，主要的分析項目為Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O。Al2O3的測定為EDTA配位滴定法；Na2O和K2O的測定為火焰光度法；Fe2O3的測定為分光光度法。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

選定稱樣質量、消解溫度、消解時間三個主要因素，以氧化鋁及雜質測定量為指標，進行單因素實驗考察。

2.1.1 消解溫度對高嶺土消解是否完全的影響

稱取試樣0.5 g，設定微波消解程序，第二步用10min分別升溫至180、200、210、220、230℃。測定并計算氧化鋁及其雜質含量。

將所得數據經線性回歸處理，得到反應溫度對消解測定化學組成含量的影響曲線(見圖1)。

圖1 消解溫度對高嶺土消解完全影響的曲線

2.1.2 消解時間對高嶺土消解完全的影響

稱取試樣0.5 g，設定微波消解程序，二段消解溫度為220℃，并在該溫度下保持20、30、 40、50min。測定并計算氧化鋁及其雜質含量。

將所得數據中經線性回歸處理，得到消解時間對高嶺土消解是否完全的影響曲線(見圖2)。

圖2 消解時間對高嶺土消解完全影響的曲線

由圖2可見，選擇消解時間為40min時為最佳實驗時間。

2.1.3 取樣質量對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，設定二段消解程序，消解溫度為220℃，消解時間為40min，測定并計算氧化鋁及其雜質含量。

將所得數據經線性回歸處理后可知，取樣質量對消解產生的影響很小，但考慮雜質的含量低，檢出限小，所以建議優選取樣質量相對較大的0.7 g為最佳。

2.2 正交實驗

通過單因素實驗，得出了單個因素的最適條件，但各因素之間是相互影響的。因此將消解溫度(A)、消解時間(B)、取樣質量(C)3個可能有交互影響的因素進行了L9(34)的正交實驗。因素水平設計見表2，實驗結果見表3。

表2 正交實驗的因素與水平表

表3 L9(34)正交實驗結果表

在正交實驗中，由極差分析的結果可知，各因素的主次順序為消解溫度>消解時間>取樣質量。同時考慮當稱樣量逐漸提高，產生的相對偏差會減小，因此微波消解高嶺土的最優組合為A3B3C3，即：消解溫度220℃，消解時間40min，取樣質量0.7 g，在此條件下高嶺土消解完全，分析準確。

3 實驗結論

本文采用微波消解處理高嶺土測定其化學組成，得到了最佳溶樣條件：消解溫度為220℃，消解時間40min，取樣質量0.7 g。通過正交實驗數據極差大小的比較得出各影響因素對高嶺土化合物測定顯著性影響順序為：消解溫度>消解時間>取樣質量。

微波能直接穿透樣品的內部，里外同時加熱，瞬間可達較高溫度，縮短了消解時間，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間，給快速分析創造了良好的條件。

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

[2] 張素榮，曹晶晶．對比不同消解方法測定土壤中重金屬[J].環境科學與技術，2004,27(增刊)：49-51．

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

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

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

[6] 金欽漢.微波技術在分析化學中的應用[J].分析化學，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，Frank 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] 中國建筑材料工業協會.GB/T14563-2008 高嶺土及其檢測方法[S].北京:中國標準出版社,2008.

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

山東臨沂輪胎產業發展迅猛

從山東臨沂市統計局獲悉，該市在推進“三引一促”加快產業轉型升級的進程中，輪胎產業發展迅猛。

近年來，汽車、交通運輸、工程機械等行業保持穩定發展，市場對輪胎產品的需求擴大，輪胎產業迎來較好的發展時期。

2016年，臨沂市規模以上輪胎生產企業達12家，完成產值108.7億元，占全市規模以上工業產值的1%。

去年全年，臨沂輪胎生產企業實現主營業務收入97億元、利稅4.9億元、利潤4.8億元，分別占全市規模以上工業的0.9%、0.6%和0.9%以上。

此外，臨沂去年輪胎外胎產量達4164萬條，其中，重點產品子午胎3854萬條，占全國產量的15%以上。

2016年，該市規模以上輪胎生產企業產值同比增長66.3%，增幅高于全市規模以上工業平均60個百分點以上，拉動全市產值增長0.4個百分點。

輪胎外胎、子午胎年產量分別增長126%和158%。

從效益運行指標看，臨沂輪胎企業全年主營業務收入、利稅、利潤增速皆在20%以上，同比分別增長52%、23%和48%，分別領先該市規模以上工業主營業務收入、利稅、利潤增速48、20和46個百分點。

2017年一季度，臨沂市輪胎生產企業累計完成產值21.6億元，增長72.2%，比去年全年輪胎業生產平均增速加快了近6個百分點，拉動全市規模以上工業生產總值增長0.4個點。

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，主要從事化學分析。

O657

A

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