不同消解方式对ICP—OES法测定CMC中铁元素与钾元素含量的影响

陆宇翔

【摘 要】火电厂中脱硝使用的SCR催化剂易被铁钾钠三种元素影响而失活。而CMC作为SCR中重要的粘结剂必不可少，所以必须监控CMC中的铁钾钠含量。 ICP-OES能够快速且精确的测出溶液中存在的痕量元素的质量，所以只需要将CMC完全消解，本文主要讨论不同氧化剂对CMC的消解效果。

【关键词】CMC；ICP-OES；过氧化氢；硫酸

中图分类号： X791 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.008

近年来我国大力虽然发展水电，核电，风电等环境友好型发电项目，但是火电的发电量仍然是最大的。煤炭中的氮元素燃烧后会产生氮氧化合物从而带来了一系列的环境问题。我国明规定了火电厂烟囱排放气体中氮氧化合物的标准，故脱硝成了当务之急，SCR催化剂应运而生。SCR催化剂中的活性成分是五氧化二钒，它可以催化氨气与氮氧化合物的反应，生成无毒无害的氮气与水，使烟气排放达标。CMC作为SCR催化剂中常用的胶黏剂与可塑剂有着不可替代的作用。作为胶黏剂，CMC能增加以钛白粉为基体的催化剂的机械强度，可以使催化剂在挤出时更加容易成型。但是CMC在生产过程中存在大量的铁和钾元素，铁和钾元素会与催化剂中的五氧化二钒反应，使其失去催化烟气的能力，从而失去活性。所以必须严格控制CMC中的铁和钾元素含量，保证SCR催化剂的活性。本文中采用目前较为先进的ICP-OES法，先将样品进行消解，再用仪器进行测量。该方法的有点在于仪器操作简便，数据可靠性高。对于实际应用有着指导性意义。目前国家尚未对CMC中铁和钾元素的测量有制定标准，本文讨论不同消解方法对结果的影响。

1 材料与方法

1.1 实验仪器

（1）电感偶尔等离子体发射光谱仪ICP-OES：美国安捷伦公司；（2）天平：梅特勒公司；（3）电炉（4）聚四氟乙烯烧杯（5）100mL聚丙烯容量瓶。

1.2 实验材料

（1）某公司提供的三种不同的CMC样品，标号分别为1号，2号，3号；（2）优级纯硫酸：国药；（3）优级纯硝酸：国药；（4）优级纯双氧水：国药；（4）蒸馏水：屈臣氏。

1.3 实验原理

利用硝酸或者硫酸加上双氧水对于样品进行消解，硝酸与硫酸都有对破坏有机物分子的能力，而双氧水同时具有强氧化性，可以使已被破坏的有机物分子进一步被分解，从而达到完全溶解的目的。

1.4 实验步骤

（1）洗净聚四氟乙烯烧杯及容量瓶，并留少量蒸馏水于烧杯中；（2）准确称取0.2g样品与烧杯中，记录下质量（每个样品称2份）；（3）分别加入10mL优级纯硝酸或者优级纯硫酸于烧杯中，再加入4mL优级纯双氧水；（4）将烧杯置于电炉上加热，20分钟后取下；（5）完全冷却后，分别倒入容量瓶中，并定容至100mL；（6）开启仪器，使用已制备的标液进行曲线校准，当曲线线性超过0.999视为曲线可用，（7）在刚刚校准的曲线下进行实验测量。

2 结果与分析

2.1 实验结果

2.2 结果分析

因优级纯硫酸与优级纯硝酸中的铁元素与钾元素含量几乎相同，故可以忽略其带来的影响，过氧化氢用量相同，所以样品中测出的铁与钾的含量可以作为相对值，有参考的意义。

对比a与b，c与d加入容量瓶时的现象可知，用硫酸进行消解比硝酸消解的更加彻底，不会有残留物出现。使用硫酸消解结果更加使人信服。

所有的容量瓶中静置后均产生了气泡，这些气泡都是过氧化氢反应不完全，不断氧化产生的，所以该实验必须在定容后马上就進行，时间一长，产生的气泡的会影响稀释体积，对结果产生影响。从数据上看，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。考虑到其中气泡对稀释体积的影响，可以视为使用硝酸与硫酸消解对最后的结果影响不大。为了精确测量，故应尽量排除气泡带来的误差，所以可以使用增加加热时间使过氧化氢分解的更加完全的方法来实现。

CMC属于阴离子型纤维素醚类，所以在酸性环境下，醚中的氧原子会与酸络合，然后氧原子带正电荷，从而分解为两分子的醇，该反应在解热条件下反应速度会显著加快。CMC分子内存在羧基，酯基与醚基，而硫酸不仅能提供酸性环境，硫酸还能脱去分子内的水，使CMC分解的更加完全。铁元素与钾元素一般以盐的形式存在于CMC中，所以用酸去溶解，可以是这些以盐类形式存在的金属元素全部进入酸溶液中，所以使用硫酸与硝酸消解测得的结果偏差不大。而使用硫酸能使CMC被完全消解，消除了因消解不完全而带来的误差影响， 所以硫酸是消解首选。

由于CMC是高分子化合物，其分子结构与分子量对其性能影响很大，对比 1，2，3不难发现，虽然都是CMC但是使用相同方法消解效果却有着差异。一般来说，高分子化合物分子量越大，分子结构越紧密，越难以发生反应，分子的稳定性也就越高，同等条件下发生反应所需的能量也就越高。

3 结论

在实际消解CMC的过程中，建议取0.2g样品，加入10mL优级纯硫酸，4mL优级纯过氧化氢，加热至过氧化氢完全分解后冷却至室温，再定容至100mL容量瓶，最后在电感耦合等离子体发射光谱仪上进行测量。这样可以使CMC完全消解，不留杂质，还能规避因气泡引起的稀释倍数不准的风险。能够得到更加精确的数据。