微波消解测定高岭土中化合物预处理的优化

韩 冲， 张晓佳，李世鹏，李 凤

(青岛惠城环保科技股份有限公司，山东 青岛 266500)

微波消解测定高岭土中化合物预处理的优化

韩 冲， 张晓佳，李世鹏，李 凤

(青岛惠城环保科技股份有限公司，山东 青岛 266500)

高岭土在FCC催化剂生产过程中，是重要的原材料之一。为检测高岭土质量，快速、准确的测定高岭土化学组成，采用微波消解技术对高岭土样品进行处理，并测定其中4种化合物的含量。通过微波消解的条件试验，确定了微波消解高岭土的最佳条件：高岭土样品取样质量0.7g，消解温度220℃，消解时间40min，该方法与常规高岭土测定结果一致，且相对标准偏差≤5%，符合分析要求，该方法快捷、方便、节能、准确，适合高岭土化学组成的测定。

微波消解；化学组成；高岭土

样品的消解是许多分析工作的前提，它对整个分析工作往往会产生决定性的影响。但传统的消解方法耗时很长，且始终与外界保持接触，增加了样品被污染的可能性，而这种污染对于微量或痕量分析往往是致命的。近年来，微波消解由于其简捷、快速、受机体干扰小、试剂消耗少、节约能源、降低分析人员劳动强度等优点而得到广泛应用[1-2]。目前样品微波消解技术可应用于各种类型的样品，如地质样品[3-4]、石油化工产品[5]、生物样品、食品和环境样品等[6]。

高岭土可用作催化剂载体，也是一种理想的原位晶化载体。20世纪60～70年代，Haden等[7-8]发明了以高岭土为原料同时制备活性组分和基质的原位晶化合成NaY沸石分子筛的技术。Engelhard公司在此基础上深入研究了原位晶化合成FCC催化剂并成功实现了工业化生产。Engelhard公司的Brown等[9]以专利的形式报道了在高岭土微球上原位晶化合成Y型分子筛，合成的产物中Y型分子筛的含量超过了40%。郑淑琴等[10]以苏州高岭土为原料采用原位晶化技术合成出了Y型分子筛含量超过30%的FCC催化剂，所合成的催化剂表现出比普通商业催化剂高的活性、机械强度和抗镍钒重金属污染性以及良好的汽油和焦炭的选择性。

目前高岭土国标分析法[11]为高温碱熔法，该方法操作复杂，且分析氧化钾和氧化钠含量时，需重新取样使用铂坩埚经酸分解，增加了操作的繁琐性。常规分析方法是应用压力溶弹消解法，该方法耗时较长，预处理过程需要4～5 h。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

莱伯泰科微波消解仪，可见分光光度计，火焰光度计，电子天平，盐酸，六次甲基四胺，EDTA标准溶液，醋酸-醋酸钠缓冲溶液等。高岭土样品，性状：颜色比较灰，呈坚硬块状。

1.2 实验步骤

1.2.1 样品的消解

选取2016年6月～2018年6月在我院治疗的高血压合并非永久性房颤患者70例作为研究对象，按随机数字表法将其分为两组，各35例。其中，对照组男18例，女17例，年龄56～79岁，平均（67.32±3.37）岁，房颤持续1～8个月，平均（4.62±0.53）个月；观察组男19例，女16例，年龄54～78岁，平均（66.96±3.51）岁，房颤持续1～9个月，平均（4.57±0.49）个月。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究经我院伦理委员会批准，患者同意参与本研究并签署知情书。

将高岭土试样研磨混匀，使取样均匀。准确称取0.2～1.0 g试样于清洗好的溶样罐中，加入10mL盐酸，混匀，放入微波消解系统中，通过实验获得最佳温度和时间进行消解(见表1)。消解完毕泄压后，过滤，转移消解液于容量瓶中，定容，混匀备用。

表1 微波消解工作条件

1.2.2 样品的测定

对高岭土进行化学成分分析，主要的分析项目为Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O。Al2O3的测定为EDTA配位滴定法；Na2O和K2O的测定为火焰光度法；Fe2O3的测定为分光光度法。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

选定称样质量、消解温度、消解时间三个主要因素，以氧化铝及杂质测定量为指标，进行单因素实验考察。

2.1.1 消解温度对高岭土消解是否完全的影响

称取试样0.5 g，设定微波消解程序，第二步用10min分别升温至180、200、210、220、230℃。测定并计算氧化铝及其杂质含量。

将所得数据经线性回归处理，得到反应温度对消解测定化学组成含量的影响曲线(见图1)。

图1 消解温度对高岭土消解完全影响的曲线

2.1.2 消解时间对高岭土消解完全的影响

称取试样0.5 g，设定微波消解程序，二段消解温度为220℃，并在该温度下保持20、30、 40、50min。测定并计算氧化铝及其杂质含量。

将所得数据中经线性回归处理，得到消解时间对高岭土消解是否完全的影响曲线(见图2)。

图2 消解时间对高岭土消解完全影响的曲线

由图2可见，选择消解时间为40min时为最佳实验时间。

2.1.3 取样质量对高岭土消解完全的影响

称取试样分别为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g于微波消解罐中，设定二段消解程序，消解温度为220℃，消解时间为40min，测定并计算氧化铝及其杂质含量。

将所得数据经线性回归处理后可知，取样质量对消解产生的影响很小，但考虑杂质的含量低，检出限小，所以建议优选取样质量相对较大的0.7 g为最佳。

2.2 正交实验

通过单因素实验，得出了单个因素的最适条件，但各因素之间是相互影响的。因此将消解温度(A)、消解时间(B)、取样质量(C)3个可能有交互影响的因素进行了L9(34)的正交实验。因素水平设计见表2，实验结果见表3。

表2 正交实验的因素与水平表

表3 L9(34)正交实验结果表

在正交实验中，由极差分析的结果可知，各因素的主次顺序为消解温度>消解时间>取样质量。同时考虑当称样量逐渐提高，产生的相对偏差会减小，因此微波消解高岭土的最优组合为A3B3C3，即：消解温度220℃，消解时间40min，取样质量0.7 g，在此条件下高岭土消解完全，分析准确。

3 实验结论

本文采用微波消解处理高岭土测定其化学组成，得到了最佳溶样条件：消解温度为220℃，消解时间40min，取样质量0.7 g。通过正交实验数据极差大小的比较得出各影响因素对高岭土化合物测定显著性影响顺序为：消解温度>消解时间>取样质量。

微波能直接穿透样品的内部，里外同时加热，瞬间可达较高温度，缩短了消解时间，微波消解需2 h，而压力溶弹需要4～5 h消解，这明显缩短了试样分析时间，给快速分析创造了良好的条件。

[1] 张芙蕖，蒋晶晶．三种土壤消解方法的对比研究[J].环境科学与管理，2008,33(3):132-134．

[2] 张素荣，曹晶晶．对比不同消解方法测定土壤中重金属[J].环境科学与技术，2004,27(增刊)：49-51．

[3] 马英军，刘丛强，漆 亮，等.微波密闭消解-等离子体质法测定岩石样品中的稀土元素[J].岩矿测试，1999,18(3)：189-192.

[4] 曹 槐，尹建国.微波消解在磷矿石样品制备中的应用[J].岩矿测试，1996,15(1)：58-59.

[5] 朱玉霞，何 京，陆婉珍. 微波密闭消解-等离子体原子发射光谱测定石油化工催化剂中负载元素含量[J].岩矿测试，1998,17(2)：138-140.

[6] 金钦汉.微波技术在分析化学中的应用[J].分析化学，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] 中国建筑材料工业协会.GB/T14563-2008 高岭土及其检测方法[S].北京:中国标准出版社,2008.

(本文文献格式：韩 冲， 张晓佳，李世鹏，等.微波消解测定高岭土中化合物预处理的优化[J].山东化工,2017,46(11):109-111.)

山东临沂轮胎产业发展迅猛

从山东临沂市统计局获悉，该市在推进“三引一促”加快产业转型升级的进程中，轮胎产业发展迅猛。

近年来，汽车、交通运输、工程机械等行业保持稳定发展，市场对轮胎产品的需求扩大，轮胎产业迎来较好的发展时期。

2016年，临沂市规模以上轮胎生产企业达12家，完成产值108.7亿元，占全市规模以上工业产值的1%。

去年全年，临沂轮胎生产企业实现主营业务收入97亿元、利税4.9亿元、利润4.8亿元，分别占全市规模以上工业的0.9%、0.6%和0.9%以上。

此外，临沂去年轮胎外胎产量达4164万条，其中，重点产品子午胎3854万条，占全国产量的15%以上。

2016年，该市规模以上轮胎生产企业产值同比增长66.3%，增幅高于全市规模以上工业平均60个百分点以上，拉动全市产值增长0.4个百分点。

轮胎外胎、子午胎年产量分别增长126%和158%。

从效益运行指标看，临沂轮胎企业全年主营业务收入、利税、利润增速皆在20%以上，同比分别增长52%、23%和48%，分别领先该市规模以上工业主营业务收入、利税、利润增速48、20和46个百分点。

2017年一季度，临沂市轮胎生产企业累计完成产值21.6亿元，增长72.2%，比去年全年轮胎业生产平均增速加快了近6个百分点，拉动全市规模以上工业生产总值增长0.4个点。

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

韩 冲(1988—)，女，山东青岛人，助理工程师，主要从事化学分析。

O657

A

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