管式爐燃燒法測定固體廢物中硫、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定硫、氯、氟含量的方法。利用管式爐使固體廢物進行充分燃燒，將其中的硫、氯、氟轉化為氣態(tài)物質，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化成SO42-、Cl-和F-，分別測定吸收液中SO42-、Cl-和F-的濃度可換算出固體廢物中硫、氯、氟的含量，由相對標準偏差和回收率來確定方法的精確性和準確性。實驗結果表明五次實驗中硫、氯、氟含量的相對標準偏差分別為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確性和精確性。

關鍵詞：固體廢物；管式爐；硫；氯；氟

固體廢物是指在一定時間和地點喪失原價值而被拋棄的固態(tài)、半固態(tài)以及置于容器中的氣態(tài)物質。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。但在利用燃燒法處理固體廢物的過程中，以有機物或者無機物形態(tài)存在的硫、氯、氟等會轉化成氯化氫、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。通過測定硫、氯、氟的含量可以評估焚燒固體廢物的適合性及焚燒配伍。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

SLG1100-60管式爐（上海升利測試儀器有限公司）、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（北京瑞利分析儀器有限公司）、PHS-3C毫伏計、PF-2-01氟離子選擇電極、231-01參比電極（上海儀電科學儀器股份有限公司）、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）、硫酸鹽標準溶液（含硫酸根1.0g/L）、硝酸銀標準溶液（C（AgNO3）=0.0141mol/L）、鉻酸鉀溶液（50.0g/L）、氟化物標準溶液（含氟10.0mg/L）、總離子強度調節(jié)劑（0.2mol/L檸檬酸鈉-1.0mol/L硝酸鈉）。

標準樣品制備：準確稱取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 實驗方法

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到950℃；

②打開石英管前端蓋板，將裝有0.50-1.00g標準樣品（稱取高熱值樣品應小于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，調節(jié)氧氣流量計，控制氧氣流量為1.5L/min，保證樣品充分燃燒后混合兩個吸收瓶中的吸收液并定容至500mL。

1.2.2 硫含量測定

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硫酸根標液于九個錐形瓶中并定容至50mL，標液相應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線。

④用10mm比色皿在420nm波長處測量其吸光度，繪制吸光度-硫酸根濃度標準曲線。

⑤硫含量按下式計算：

ω=

式中：

ω-硫含量，mg/g

M-由標準曲線得到的硫酸根濃度，mg/L

m-樣品質量，g

1.2.3 氯含量測定

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

②氯含量按下式計算：

ω=

式中：

ω-氯含量，mg/g

V1-滴定蒸餾水所消耗硝酸銀標液的體積，mL

V2-滴定吸收液所消耗硝酸銀標液的體積，mL

C-硝酸銀標液濃度，mol/L

m-樣品質量，g

1.2.4 氟含量測定

①取五個50mL聚乙烯容量瓶，各加10mL總離子強度調節(jié)緩沖溶液及1.0、3.0、5.0、10.0、20.0mL氟化物標準溶液并定容至標線，搖勻后倒入100mL聚乙烯杯中，相應氟離子濃度分別為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，待毫伏計示數(shù)不在變化時記錄其電位值EX。在每次測量前都應將電極清洗干凈并用濾紙吸干水分。在半對數(shù)坐標紙上繪制E（mV）-logCF-（mg/L）校準曲線。

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

③氟含量按下式計算：

ω=

式中：

ω-氟含量，mg/g

C-由標準曲線得到的氟離子濃度，mg/L

m-樣品質量，g

2 結果與討論

2.1 測定結果

2.2 討論

標準樣品中，組成成分簡單，硫、氯、氟元素以有機物的形式存在，而固體廢物中的硫、氯、氟以有機化合物和無機化合物等多種形式存在，以有機化合物和部分無機化合物存在的硫、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，原始樣品中以無機鹽形式存在的不參與燃燒反應的硫、氯、氟則大部分殘存于燃燒灰燼中。所以在測定未知樣品時，轉化不完全會使測定結果偏低。

3 結論

實驗結果表明五次實驗中硫、氯、氟含量的相對標準偏差分別為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確性和精確性。