氯氣中酸霧含量分析方法的研制

劉衛(wèi)明

（山西榆社化工股份有限公司，山西 榆社031800）

氯氣在生產(chǎn)過程中帶有水分，經(jīng)冷卻除水后用濃硫酸干燥、除霧，后用透平壓縮機(jī)或氯氣泵將氯氣送給用戶或經(jīng)加壓、冷凍制成液氯，若氯氣中酸霧（硫酸霧）含量偏高，會(huì)對(duì)透平壓縮機(jī)葉輪和設(shè)備管道產(chǎn)生腐蝕，造成泄漏，易引發(fā)事故。 工藝要求對(duì)氯氣酸霧（硫酸霧）控制在1 mg/g 之內(nèi)，分析檢測(cè)難度很大，目前國(guó)內(nèi)尚未建立氯氣中酸霧（硫酸霧）含量的分析方法，因此研究解決這一分析難題，對(duì)于保證氯堿生產(chǎn)的正常運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原理

用水吸收氯氣中酸霧，加入氯化鋇制得硫酸鋇懸浮液，用分光光度法定量。

1.2 試劑與材料

（1）二水氯化鋇；

（2）甘油-乙醇混合液：1+2；

（3）鹽酸溶液：1+10；

（4）硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.1 mg/mL；

（方法1： 稱取0.148 g 于105～110 ℃干燥至恒重的無水硫酸鈉，溶于水。移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至刻度；方法2：稱取0.181 g 硫酸鉀，溶于水，移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至刻度。 ）

（5）氫氧化鈉溶液：200 g/L；

（6）過氧化氫溶液：1+5；

（7）淀粉-碘化鉀試紙；

（8）氮?dú)饣蚩諝狻?/p>

除非另有說明，否則在分析中僅使用確認(rèn)為分析純?cè)噭┖虶B/T 6682 規(guī)定的三級(jí)水或相當(dāng)純度的水。

試驗(yàn)中所需標(biāo)準(zhǔn)溶液、制劑及制品，在沒有其他規(guī)定時(shí)，均按GB/T 601、GB/T 602、GB/T 603 規(guī)定制備。

1.3 儀器

（1）一般試驗(yàn)儀器；

（2）20 mL 特規(guī)氣體吸收管（見圖1）；

圖1 20 mL特規(guī)氣體吸收管

（3）721 型分光光度計(jì)；

（4）5 000 mL 堿液瓶；

（5）電磁攪拌器；

（6）電子秒表；

（7）天平（8 000 g/0.1 g）。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

吸 取 硫 酸 鹽 標(biāo) 準(zhǔn) 溶 液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 分別置于6支20 mL 特規(guī)氣體吸收管（以下簡(jiǎn)稱吸收管）中。再分別加入1 mL 鹽酸溶液和2 mL甘油—乙醇混合溶液，用水稀釋至刻度，搖勻。 將吸收管中的溶液移入小燒杯中， 加入0.3 g 二水氯化鋇，以恒定的速度攪拌2 min 后靜置10 min。用5 cm比色皿，在波長(zhǎng)450 nm 處，用空白溶液調(diào)整分光光度計(jì)零點(diǎn)，測(cè)定吸光度，不同質(zhì)量的硫酸鹽吸光度統(tǒng)計(jì)見表1。

以硫酸鹽含量（μg）為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線， 得回歸方程曲線A=0.001 351x-0.019 71 其中相關(guān)系數(shù)為R2=0.997 0，A 表示吸光度，x 表示硫酸鹽含量（μg），硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)曲線圖見圖2。

表1 不同質(zhì)量硫酸鹽吸光度統(tǒng)計(jì)表

圖2 硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

（2）采樣

緩慢打開采樣閥，控制氯氣以約300 mL/min 的流速通入堿液瓶吸收約兩三分鐘。 然后將氯氣通過兩個(gè)串聯(lián)的分別內(nèi)盛10 mL 水的吸收管，將吸收管浸入冰水中冷卻， 氯氣通入內(nèi)裝4 000 mL 200 g/L的氫氧化鈉溶液的堿液瓶吸收， 采樣量約300 g 時(shí)停止采樣，堿液瓶采樣前后稱重的質(zhì)量差，即為氯氣的質(zhì)量。 關(guān)閉采樣閥，用清潔干燥的空氣或氮?dú)獯迪次展軆?nèi)的氯氣通入堿液瓶中，吸收液呈無色狀態(tài)時(shí)取下2 個(gè)吸收管。

（3）空白實(shí)驗(yàn)

采用與測(cè)定試料完全相同的分析步驟，進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。

（4）比色定量

用少量水分別沖洗二支吸收管中的內(nèi)管，滴加過氧化氫溶液至不含次氯酸根為止 （用淀粉-碘化鉀試紙作指示劑）， 再加過量幾滴過氧化氫溶液之后把吸收管放在熱水浴加熱至溶液不冒泡為止，取出冷卻。 將1 mL 鹽酸溶液和2 mL 甘油—乙醇混合液先后加入吸收管內(nèi)，用水稀釋至刻度，搖勻。 將吸收管中的溶液移入小燒杯中，加入0.3 g 二水氯化鋇以恒定的速度攪拌2 min 后靜置10 min。 用5 cm 比色皿在波長(zhǎng)450 nm 處，用空白溶液調(diào)整分光光度計(jì)零點(diǎn)，測(cè)定試料的吸光度。

式中：x—酸霧（以SO2-

4 計(jì)）含量，μg/g；

m1—硫酸鹽（以SO2-

4 計(jì)）的質(zhì)量，μg；

m—氯氣的質(zhì)量，g。

2 試樣量

氯化鋇和試樣中硫酸霧反應(yīng)制得硫酸鋇懸浮液，用分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，確定試樣量的大小十分重要，不同試樣量的測(cè)定結(jié)果表明，采樣量在210～370 g 時(shí)，能獲得滿意的吸光度值，統(tǒng)計(jì)表見表2。

表2 吸光度統(tǒng)計(jì)表

3 吸收效率試驗(yàn)

該法采用兩支串聯(lián)的分別內(nèi)盛10 mL 水的吸收管樣，酸霧在水中的吸收效率達(dá)90%以上，吸收效率統(tǒng)計(jì)表見表3。

表3 吸收效率統(tǒng)計(jì)表

式中：C1、C2分別為前后二支吸收管的吸光度。

4 樣品實(shí)測(cè)情況

樣品實(shí)測(cè)結(jié)果見表4。

表4 樣品實(shí)測(cè)結(jié)果

測(cè)定方法的絕對(duì)誤差在0.01 μg/g 范圍內(nèi)。

5 實(shí)驗(yàn)條件的選擇和討論

5.1 控制采樣時(shí)氯氣的流速

氯氣通過兩個(gè)串聯(lián)的分別內(nèi)裝10 mL 水的吸收管，若采樣流速過慢，則會(huì)延長(zhǎng)采樣時(shí)間，若采樣流速過快，則影響吸收效率。 前管吸收了大部分的硫酸霧，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氯氣流速控制在300 mL/min左右為最佳條件，不同流速下的吸收效率見表5。

表5 不同流速下的吸收效率

5.2 吸收氯氣的堿液要足量，否則會(huì)影響分析結(jié)果

堿液的含量不能太高，否則反應(yīng)產(chǎn)生的氯化鈉結(jié)晶會(huì)堵塞堿液瓶的進(jìn)口管，影響采樣效果。

5.3 安全方面

在整個(gè)取樣過程中要避免氯氣泄漏，否則會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，還會(huì)造成環(huán)境污染和安全事故。

5.4 硫酸鋇懸浮液的制備

在試樣中加入二水氯化鋇，即開始計(jì)時(shí)，以恒定的速度攪拌。

與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)用合成鹽酸》中硫酸鹽含量項(xiàng)目檢測(cè)方法相比較，因攪拌方式不同，測(cè)定的結(jié)果有差異。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，用電磁攪拌方式測(cè)得的靈敏度高，不同攪拌方式下的吸光度對(duì)比見表6。

表6 不同攪拌方式下的吸光度對(duì)比

5.5 檢測(cè)環(huán)境

（1）在整個(gè)分析過程中，檢測(cè)環(huán)境內(nèi)不應(yīng)含硫酸霧，否則會(huì)影響分析結(jié)果；

（2）采樣時(shí)必須將吸收管浸入冰水浴中冷卻；

（3） 應(yīng)在同一室溫條件下制備試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液的硫酸鋇懸浮液，否則會(huì)影響硫酸鋇懸浮液的結(jié)晶速度和顆粒大小，影響分析結(jié)果。

6 結(jié)語

綜上所述，該方法操作簡(jiǎn)便易行，取樣、樣品處理、定容在同一容器中操作，避免了樣品在轉(zhuǎn)移中的污染或損失，該方法所用的試劑、材料和儀器設(shè)備屬實(shí)驗(yàn)室一般常用的物品，檢測(cè)成本低廉。 該法屬于微量分析，樣品吸收率＞90%，測(cè)定結(jié)果滿意，為檢測(cè)氯氣中酸霧提供了可靠的測(cè)試手段，也可作為氯氣生產(chǎn)中的安全監(jiān)控方法。