不同消解方式對ICP—OES法測定CMC中鐵元素與鉀元素含量的影響

陸宇翔

【摘 要】火電廠中脫硝使用的SCR催化劑易被鐵鉀鈉三種元素影響而失活。而CMC作為SCR中重要的粘結(jié)劑必不可少，所以必須監(jiān)控CMC中的鐵鉀鈉含量。 ICP-OES能夠快速且精確的測出溶液中存在的痕量元素的質(zhì)量，所以只需要將CMC完全消解，本文主要討論不同氧化劑對CMC的消解效果。

【關(guān)鍵詞】CMC；ICP-OES；過氧化氫；硫酸

中圖分類號： X791 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.008

近年來我國大力雖然發(fā)展水電，核電，風(fēng)電等環(huán)境友好型發(fā)電項目，但是火電的發(fā)電量仍然是最大的。煤炭中的氮元素燃燒后會產(chǎn)生氮氧化合物從而帶來了一系列的環(huán)境問題。我國明規(guī)定了火電廠煙囪排放氣體中氮氧化合物的標(biāo)準(zhǔn)，故脫硝成了當(dāng)務(wù)之急，SCR催化劑應(yīng)運而生。SCR催化劑中的活性成分是五氧化二釩，它可以催化氨氣與氮氧化合物的反應(yīng)，生成無毒無害的氮氣與水，使煙氣排放達標(biāo)。CMC作為SCR催化劑中常用的膠黏劑與可塑劑有著不可替代的作用。作為膠黏劑，CMC能增加以鈦白粉為基體的催化劑的機械強度，可以使催化劑在擠出時更加容易成型。但是CMC在生產(chǎn)過程中存在大量的鐵和鉀元素，鐵和鉀元素會與催化劑中的五氧化二釩反應(yīng)，使其失去催化煙氣的能力，從而失去活性。所以必須嚴(yán)格控制CMC中的鐵和鉀元素含量，保證SCR催化劑的活性。本文中采用目前較為先進的ICP-OES法，先將樣品進行消解，再用儀器進行測量。該方法的有點在于儀器操作簡便，數(shù)據(jù)可靠性高。對于實際應(yīng)用有著指導(dǎo)性意義。目前國家尚未對CMC中鐵和鉀元素的測量有制定標(biāo)準(zhǔn)，本文討論不同消解方法對結(jié)果的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器

（1）電感偶爾等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES：美國安捷倫公司；（2）天平：梅特勒公司；（3）電爐（4）聚四氟乙烯燒杯（5）100mL聚丙烯容量瓶。

1.2 實驗材料

（1）某公司提供的三種不同的CMC樣品，標(biāo)號分別為1號，2號，3號；（2）優(yōu)級純硫酸：國藥；（3）優(yōu)級純硝酸：國藥；（4）優(yōu)級純雙氧水：國藥；（4）蒸餾水：屈臣氏。

1.3 實驗原理

利用硝酸或者硫酸加上雙氧水對于樣品進行消解，硝酸與硫酸都有對破壞有機物分子的能力，而雙氧水同時具有強氧化性，可以使已被破壞的有機物分子進一步被分解，從而達到完全溶解的目的。

1.4 實驗步驟

（1）洗凈聚四氟乙烯燒杯及容量瓶，并留少量蒸餾水于燒杯中；（2）準(zhǔn)確稱取0.2g樣品與燒杯中，記錄下質(zhì)量（每個樣品稱2份）；（3）分別加入10mL優(yōu)級純硝酸或者優(yōu)級純硫酸于燒杯中，再加入4mL優(yōu)級純雙氧水；（4）將燒杯置于電爐上加熱，20分鐘后取下；（5）完全冷卻后，分別倒入容量瓶中，并定容至100mL；（6）開啟儀器，使用已制備的標(biāo)液進行曲線校準(zhǔn)，當(dāng)曲線線性超過0.999視為曲線可用，（7）在剛剛校準(zhǔn)的曲線下進行實驗測量。

2 結(jié)果與分析

2.1 實驗結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

因優(yōu)級純硫酸與優(yōu)級純硝酸中的鐵元素與鉀元素含量幾乎相同，故可以忽略其帶來的影響，過氧化氫用量相同，所以樣品中測出的鐵與鉀的含量可以作為相對值，有參考的意義。

對比a與b，c與d加入容量瓶時的現(xiàn)象可知，用硫酸進行消解比硝酸消解的更加徹底，不會有殘留物出現(xiàn)。使用硫酸消解結(jié)果更加使人信服。

所有的容量瓶中靜置后均產(chǎn)生了氣泡，這些氣泡都是過氧化氫反應(yīng)不完全，不斷氧化產(chǎn)生的，所以該實驗必須在定容后馬上就進行，時間一長，產(chǎn)生的氣泡的會影響稀釋體積，對結(jié)果產(chǎn)生影響。從數(shù)據(jù)上看，使用硫酸消解的元素含量均低于使用硝酸消解的元素含量，但是差距并不大。考慮到其中氣泡對稀釋體積的影響，可以視為使用硝酸與硫酸消解對最后的結(jié)果影響不大。為了精確測量，故應(yīng)盡量排除氣泡帶來的誤差，所以可以使用增加加熱時間使過氧化氫分解的更加完全的方法來實現(xiàn)。

CMC屬于陰離子型纖維素醚類，所以在酸性環(huán)境下，醚中的氧原子會與酸絡(luò)合，然后氧原子帶正電荷，從而分解為兩分子的醇，該反應(yīng)在解熱條件下反應(yīng)速度會顯著加快。CMC分子內(nèi)存在羧基，酯基與醚基，而硫酸不僅能提供酸性環(huán)境，硫酸還能脫去分子內(nèi)的水，使CMC分解的更加完全。鐵元素與鉀元素一般以鹽的形式存在于CMC中，所以用酸去溶解，可以是這些以鹽類形式存在的金屬元素全部進入酸溶液中，所以使用硫酸與硝酸消解測得的結(jié)果偏差不大。而使用硫酸能使CMC被完全消解，消除了因消解不完全而帶來的誤差影響， 所以硫酸是消解首選。

由于CMC是高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)與分子量對其性能影響很大，對比 1，2，3不難發(fā)現(xiàn)，雖然都是CMC但是使用相同方法消解效果卻有著差異。一般來說，高分子化合物分子量越大，分子結(jié)構(gòu)越緊密，越難以發(fā)生反應(yīng)，分子的穩(wěn)定性也就越高，同等條件下發(fā)生反應(yīng)所需的能量也就越高。

3 結(jié)論

在實際消解CMC的過程中，建議取0.2g樣品，加入10mL優(yōu)級純硫酸，4mL優(yōu)級純過氧化氫，加熱至過氧化氫完全分解后冷卻至室溫，再定容至100mL容量瓶，最后在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上進行測量。這樣可以使CMC完全消解，不留雜質(zhì)，還能規(guī)避因氣泡引起的稀釋倍數(shù)不準(zhǔn)的風(fēng)險。能夠得到更加精確的數(shù)據(jù)。