硝酸铂制备工艺研究

摘要：试验采用王水溶解海绵铂，然后加入盐酸赶硝，添加氢氧化钠溶液进行络合，缓慢滴加硝酸，得到六羟基合铂酸，沉淀过滤并洗涤，最后采用硝酸溶解六羟基合铂酸，制备高纯的硝酸铂溶液。其间开展条件试验，明确六羟基合铂酸合成和溶解的最佳条件。氯铂酸浓度为45 g/L，氢氧化钠添加量为海绵铂质量的1.8倍，反应终点pH为5.5，反应温度为80 ℃时，铂的利用率可超过99%，六羟基合铂酸合成效果最好。硝酸用量为理论量的1.3倍，溶解温度为50 ℃，溶解时间为6 h时，六羟基合铂酸溶解效果最好。经检测，制备的硝酸铂溶液中，铂含量为15.86%，同时杂质含量符合相关行业标准。

关键词：硝酸铂；制备；海绵铂；六羟基合铂酸；合成；溶解

中图分类号：TQ111.2 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.010

Research on the Preparation Process of Platinum Nitrate

WU Zuxuan， LIU Guiqing， ZHANG Fan， WANG Fang， ZHANG Jinchi

（Jiangsu BGRIMM Metal Recycling Science amp; Technology Co.， Ltd.， Xuzhou 221121， China）

Abstract： The aqua regia is used to dissolve sponge platinum， then hydrochloric acid is added to remove nitrate， sodium hydroxide solution is added for complexation， nitric acid is slowly added dropwise to obtain hexahydroxyplatinic acid， and the precipitation is filtered and washed， finally， nitric acid is used to dissolve hexahydroxyplatinic acid to prepare high-purity platinum nitrate solution in this experiment. During this period， conditional experiments are conducted to clarify the optimal conditions for the synthesis and dissolution of hexahydroxyplatinic acid. When the concentration of chloroplatinic acid is 45 g/L， the amount of sodium hydroxide added is 1.8 times the mass of sponge platinum， the endpoint pH of the reaction is 5.5， and the reaction temperature is 80 ℃， the utilization rate of platinum can exceed 99%， and the synthesis effect of hexahydroxyplatinic acid is the best. When the amount of nitric acid used is 1.3 times the theoretical amount， the dissolution temperature is 50 ℃， and the dissolution time is 6 h， the dissolution effect of hexahydroxyplatinic acid is the best. After testing， the platinum content in the prepared platinum nitrate solution is 15.86%， and the impurity content meets relevant industry standards.

Keywords： platinum nitrate; preparation; sponge platinum; hexahydroxyplatinic acid; synthesis; dissolution

随着机动车数量的不断增长，为保证空气环境健康，机动车尾气的排放标准日益提高[1]。机动车排气系统安装尾气净化器，可将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物等有害物质转化为无害的水、二氧化碳和氮气[2]。尾气净化器通常使用蜂窝状的无机材料，以堇青石或金属为载体，承载微量的贵金属作为活性成分[3]。硝酸铂不含碱金属和氯离子，已成为制备此类负载型铂催化剂的良好前驱体[4]。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

试剂主要有5种，即海绵铂、盐酸、硝酸、氢氧化钠溶液和去离子水。其中，海绵铂纯度为99.95%。试验仪器主要有烧杯、药匙、量筒、移液管、酒精灯和电子天平等。

1.2 试验方法

使用海绵铂制备硝酸铂产品，制备工艺路线如图1所示。海绵铂通过王水（浓盐酸与浓硝酸的体积比3∶1）溶解、赶硝后得到氯铂酸溶液（H2PtCl6），氯铂酸溶液与氢氧化钠溶液络合反应，生成粗六羟基合铂酸钠（Na2Pt（OH）6），添加硝酸调节pH，水解得到六羟基合铂酸（H2Pt（OH）6），考察不同条件下海绵铂的利用率，以此反映六羟基合铂酸的合成效果。最后，使用硝酸直接溶解六羟基合铂酸，得到高纯的硝酸铂溶液。

2 结果与分析

2.1 六羟基合铂酸合成试验

取10 g海绵铂置于容积100 mL的烧杯中，向烧杯内依次加入30 mL盐酸和10 mL硝酸，然后加热。待烧杯内海绵铂完全溶解后，将体积浓缩至小于20 mL的水平，然后加入盐酸赶硝。赶硝结束后，加入去离子水，直至溶液体积达到40 mL，然后将体积浓缩至小于20 mL的水平，再次补加去离子水，反复3次。将氢氧化钠加入制备好的氯铂酸溶液中，搅拌，生成Na2Pt（OH）6，缓慢滴加硝酸至溶液内，得到H2Pt（OH）6，沉淀过滤并洗涤，主要反应如式（1）和式（2）所示。分别考察不同氯铂酸浓度、氢氧化钠添加量、反应终点pH和反应温度下的海绵铂利用率，以此反映六羟基合铂酸的合成效果。海绵铂利用率采用式（3）进行计算。

H2PtCl6+8NaOH=Na2Pt（OH）6+6NaCl+2H2O（1）

Na2Pt（OH）6+2HNO3=H2Pt（OH）6+2NaNO3（2）

β=∆m/mPt×100%（3）

式中：β为海绵铂利用率，%；∆m为原始海绵铂与沉淀滤液含铂的质量差，g；mPt为原始海绵铂质量，g。

2.1.1 氯铂酸浓度对六羟基合铂酸合成效果的影响

选取浓度分别为30 g/L、45 g/L、60 g/L、75 g/L和90 g/L的氯铂酸溶液，将海绵铂质量1.8倍的氢氧化钠加入制备好的氯铂酸溶液中，搅拌，反应生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃温度下缓慢滴加硝酸至溶液内，将溶液体系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀过滤并洗涤。氯铂酸浓度对六羟基合铂酸合成效果的影响如表1所示。数据显示，随着氯铂酸浓度的降低，铂利用率先逐渐升高，后趋于平稳。当氯铂酸浓度为90 g/L时，铂利用率仅为67.24%，氯铂酸浓度分别为45 g/L和30 g/L时，铂利用率均接近90%。由此可知，氯铂酸浓度过高不利于六羟基合铂酸沉淀，为控制溶液体积，氯铂酸浓度取45 g/L。

2.1.2 氢氧化钠添加量对六羟基合铂酸合成效果的影响

选取浓度为45 g/L的氯铂酸溶液，分别将海绵铂质量1.0倍、1.4倍、1.8倍、2.2倍和2.6倍的氢氧化钠加入制备好的氯铂酸溶液中，搅拌，反应生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃温度下缓慢滴加硝酸至溶液内，将溶液体系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀过滤并洗涤。氢氧化钠添加量对六羟基合铂酸合成效果的影响如表2所示。数据显示，随着氢氧化钠添加量的增加，铂利用率呈现先升高后降低的趋势。当氢氧化钠添加量为海绵铂质量的1.8倍时，铂利用率最高，接近90%，因此确定氢氧化钠添加量为海绵铂质量的1.8倍。

2.1.3 反应终点pH对六羟基合铂酸合成效果的影响

选取浓度为45 g/L的氯铂酸溶液，将海绵铂质量1.8倍的氢氧化钠加入制备好的氯铂酸溶液中，搅拌，反应生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃温度下缓慢滴加硝酸至溶液内，分别将溶液体系pH控制在7.0、6.5、6.0、5.5和5.0，得到H2Pt（OH）6，沉淀过滤并洗涤。反应终点pH对六羟基合铂酸合成效果的影响如表3所示。数据显示，随着反应终点pH的降低，铂利用率呈现先升高后降低的趋势。当反应终点pH较高时，六羟基合铂酸沉淀不彻底，导致滤液含铂量较高。当反应终点pH为5.5时，铂利用率最高，可达到89.97%。继续滴加醋酸，会使沉淀的六羟基合铂酸返溶，导致铂利用率下降。因此，反应终点pH取5.5。

2.1.4 反应温度对六羟基合铂酸合成效果的影响

选取浓度为45 g/L的氯铂酸溶液，将海绵铂质量1.8倍的氢氧化钠加入制备好的氯铂酸溶液中，搅拌，反应生成Na2Pt（OH）6，分别在20 ℃、40 ℃、60 ℃、

80 ℃和100 ℃的温度下缓慢滴加硝酸至溶液内，将溶液体系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀过滤并洗涤。反应温度对六羟基合铂酸合成效果的影响如表4所示。数据显示，随着反应温度的增加，铂利用率呈现先升高后降低的趋势。当反应温度为80 ℃时，铂利用率最高，可达到99.23%。因此，反应温度取80 ℃。

2.1.5 六羟基合铂酸合成的综合条件试验

经条件试验，确定六羟基合铂酸合成的最佳条件，即氯铂酸浓度为45 g/L，氢氧化钠添加量为海绵铂质量的1.8倍，反应终点pH为5.5，反应温度为80 ℃。六羟基合铂酸合成的综合条件试验结果如表5所示。最佳条件下，利用海绵铂合成六羟基合铂酸，铂利用率可超过99%。

2.2 六羟基合铂酸溶解试验

将制备好的六羟基合铂酸加入称好质量的硝酸中，固体发生溶解，形成深红色液体，主要反应如式（4）所示。采用正交试验设计优化硝酸铂溶液制备工艺，考察硝酸用量、溶解温度和溶解时间对硝酸铂溶液制备的影响。

H2Pt（OH）6+4HNO3→Pt（NO3）4+6H2O（4）

2.2.1 硝酸用量对六羟基合铂酸溶解的影响

溶解温度为40 ℃，溶解时间为6 h，硝酸用量分别控制在理论量的0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.3倍和1.4倍时，采用硝酸溶解六羟基合铂酸。硝酸用量对硝酸铂溶液制备效果的影响如表6所示。结果显示，按照理论量加入硝酸并不能使前一步生成的六羟基合铂酸沉淀完全溶解，当硝酸用量至少为理论量的1.3倍时，六羟基合铂酸可完全溶解，转化为硝酸铂。因此，确定硝酸用量为理论量的1.3倍。

2.2.2 溶解温度对六羟基合铂酸溶解的影响

硝酸用量为理论量的1.3倍，溶解时间为6 h，溶解温度分别控制在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃时，采用硝酸溶解六羟基合铂酸。溶解温度对硝酸铂溶液制备效果的影响如表7所示。结果显示，随着溶解温度的升高，六羟基合铂酸沉淀溶解率先上升后下降，温度过高或过低都不利于六羟基合铂酸的溶解。当溶解温度为50 ℃时，六羟基合铂酸可以完全溶解。因此，溶解温度取50 ℃。

2.2.3 溶解时间对六羟基合铂酸溶解的影响

硝酸用量为理论量的1.3倍，溶解温度为50 ℃，溶解时间分别控制在1 h、2 h、4 h、6 h和8 h，采用硝酸溶解六羟基合铂酸。溶解时间对硝酸铂溶液制备效果的影响如表8所示。结果显示，当溶解时间为1 h时，大部分六羟基合铂酸都能溶解，但仍有少量不溶，当溶解时间超过6 h时，六羟基合铂酸可以完全溶解。因此，溶解时间取6 h。

2.2.4 六羟基合铂酸溶解的综合条件试验

硝酸用量为理论量的1.3倍，溶解温度为50 ℃，溶解时间为6 h时，六羟基合铂酸可完全溶解在硝酸中，生成硝酸铂溶液。后续按优化后的综合条件进行5组试验，经验证，六羟基合铂酸均可完全溶解。检测结果显示，制备的硝酸铂溶液中，铂含量为15.86%，同时杂质含量符合相关行业标准。

3 结论

试验采用王水溶解海绵铂，然后加入盐酸赶硝，添加氢氧化钠溶液进行络合，缓慢滴加硝酸，得到六羟基合铂酸，沉淀过滤并洗涤，最后采用硝酸溶解六羟基合铂酸，制备高纯的硝酸铂溶液。氯铂酸浓度为45 g/L，氢氧化钠添加量为海绵铂质量的1.8倍，反应终点pH为5.5，反应温度为80 ℃时，六羟基合铂酸合成效果最佳，铂的利用率可超过99%。硝酸用量为理论量的1.3倍，溶解温度为50 ℃，溶解时间为6 h时，六羟基合铂酸可完全溶解在硝酸中，生成硝酸铂溶液。经检测，制备的硝酸铂溶液中，铂含量为15.86%，同时杂质含量符合相关行业标准。

参考文献

1 潘 威，张爱敏，赵云昆，等.机动车催化剂用贵金属前驱体[J].稀有金属材料与工程，2011（2）：372-376.

2 李明利，余 琼，马 兰，等.汽车尾气净化催化剂研究发展现状[J].兵器材料科学与工程，2012（6）：96-98.

3 刘国旗，任智勇，李 欢，等.汽车三元催化器用铂溶液的合成研究[J].煤炭与化工，2019（4）：122-124.

4 Liu K M，Qiu Y R，Li Y.Preparation of high purity platinum nitrate using spent Pt-Rh catalyst from the production of nitric acid[J].Journal of Central South University，2023（1）：85-94.