ICP-AES法测定煤气化废水催化剂中锰铜铁含量

李梦洁

(湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南 岳阳 414011)

ICP-AES法测定煤气化废水催化剂中锰铜铁含量

李梦洁

(湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南 岳阳 414011)

利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法进行了煤气化废水催化剂中锰、铜、铁含量测定方法研究，试样经王水和氢氟酸溶解后，对溶解方法及待测元素间的相互作用做了试验，选择合适的分析谱线，建立了同时测定锰、铜、铁元素的分析方法，方法回收率在95%～103%之间，相对标准偏差均小于5%。实验结果表明：本方法具有准确、简单、快速的优点。

煤气化废水催化剂；锰铜铁；电感耦合等离子体发射光谱法

现代煤化工项目在生产过程中面临着严峻的环境污染问题，煤化工装置在排放废水问题上具有量大、毒性高、成分复杂等特点，催化剂在煤气化废水处理中起着重要的作用。以活性炭为载体的催化剂中锰铜铁三种元素作为催化剂的组成成分对催化氧化起着积极的作用，因此准确测定该催化剂中锰铜铁三种元素的含量对催化剂的制备及活性及稳定性的评估有着积极的意义。电感耦合等离子体发射光谱法是分析金属元素的重要方法，能够快速准确的对样品中的金属元素进行分析。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

VISTA AX CDD Simulatanteous ICP-AES 光谱仪；CCD检测器，波长范围110～700 nm。

为了满足仪器对不同元素的分析及数据准确，必须对仪器的各个工作参数进行优化选择。采用Auto Max对分析条件进行优化，得到仪器的工作条件为：发生器功率为1.2kW；雾化器流量为1.50 L/min；辅助器流量为1.50L/min；分析泵速为15 r/min。

1.2 试剂

盐酸、硝酸、氢氟酸均为优级纯；MnO2、铁海棉、CuO均为光谱纯；水为二次去离子水。

Mn标准储备溶液(1 g/L)：准确称取0.3165 g于120℃烘至恒温的MnO2，用少量HCl(1+1)低温加热溶解，冷却后定容至200mL容量瓶内，备用；

Fe标准储备溶液(1 g/L)：取0.2000g的铁海棉，用少量HCl(1+1)低温加热溶解，冷却后定容至200mL容量瓶内，备用；

Cu标准储备溶液(1 g/L)：取0.3130g的CuO，用少量HCl(1+1)低温加热溶解，冷却后定容至200mL容量瓶内，备用。

1.3 标准工作曲线的配制

根据样品中Mn、Cu、Fe元素的大致含量，由1.2中制备的标准工作溶液根据不同的稀释比例配制出一套适合于样品分析的标准工作曲线，标准工作曲线如表1所示。

表1 Mn、Cu、Fe混合标准溶液

1.4 样品制备

采用不用的酸对样品进行溶解实验，通过改变样品的称样量、溶解样品的试剂等因素进行试验，确定样品的制备方法为：将待测样品于110℃烘箱内烘至恒量，准确称取约0.2000 g左右的样品于550 ± 10℃的马弗炉内灼烧除炭，待样品灼烧完全后，转移至聚四氟乙烯的烧杯内，加入5 mL王水低温蒸干，随后加入10 mL氢氟酸，待氢氟酸彻底蒸干之后，再加入5mL的HCl(1+1)，此步骤重复两遍，观察到样品清亮，催化剂溶解良好。

2 结果及讨论

2.1 样品的预处理

该催化剂经过550 ± 10℃灼烧除炭后，用酸即可使样品溶解。本实验分别采用了三种方法对样品进行溶解，实验结果如下所示：

(1)HCl：直接加入HCl(1+1)低温加热溶解；样品处理后有大量白色沉淀析出，推测该物质为Si。

(2)HF+ HCl：使用HF低温溶解蒸干，再加入HCl(1+1)低温溶解；该方法处理后样品内有少量黑色物质析出。

(3)王水+ HF+ HCl：使用王水处理后，加入氢氟酸低温蒸干，最后加入HCl(1+1)低温溶解，该方法处理后样品清亮，无沉淀析出。

因此，根据实验结果，选择处理后样品清亮无沉淀的方法来溶解样品，即王水+ HF+ HCl(1+1)的方法进行样品的预处理。

2.2 样品称样量和稀释倍数的选择

由于本催化剂内Mn、Cu、Fe的含量都相对较高，采用仪器进样时，溶液内元素浓度过高，可能导致进样系统堵塞，导致分析结果产生较大误差，因此对样品的称样量及稀释倍数进行了实验。

(1)分别称取0.1000 ，0.2000，0.3000，0.4000，0.5000 g的待测样品，按照样品的处理方法进行处理，综合考虑样品处理过程中的误差、酸的用量、样品的处理时间以及样品内不同元素含量的大小不同，最终确定称样量为0.2000 g。

(2)在确定了称样量之后，定容至100 mL，对样品的稀释倍数进行了实验，分别稀释5倍、10倍、12.5倍。

实验结果为：稀释5倍后，样品内含量较高的元素浓度过高，需继续稀释；而当稀释12.5倍后，有的含量较低的元素浓度过低，是待测元素信号降低，误差增大。因此，最终选择的稀释因子为1000。

2.3 氢氟酸的浓度

HF在样品处理过程中起到除Si的作用，因此需要考虑该酸的浓度是否对样品的处理有影响，该实验中将氢氟酸的体积定为10 mL，HF与水的体积比分别为1:0，1:1，2:1，1:2，1:3，实验结果显示，经过不同浓度的HF处理后样品均能溶解完全、透亮；Mn、Cu、Fe的测定结果无明显差别。因此该实验证明氢氟酸的浓度对样品处理并无影响，考虑到样品处理的时间，因此最终选择直接加入10 mL的氢氟酸来处理样品。实验结果如表2所示。

表2 氢氟酸浓度对元素测定结果的影响

2.4 分析线的选择

参照仪器软件推荐的波长，选择2～3条谱线作为参考，参考待测元素及共存元素之间的干扰情况、峰型以及待测元素的浓度等情况，最终确定Mn、Cu、Fe的分析线分别为：260.6 nm、324.8 nm及238.2 nm。

2.5 干扰实验

待测元素之间的相互干扰能导致测定结果产生较大的误差，因此验证元素之间的相互干扰显得尤为重要。通过正交法对Mn、Cu、Fe三种元素进行实验，验证其相互之间是否具有干扰。实验方法如表3所示，分别将三种元素的浓度设置为1 ×10-6、3 ×10-6、10 ×10-6进行实验，通过ICP-AES检测，六组数据均与理论数据相符，证明三种元素之间并无相互干扰现象。

表3 Mn、Cu、Fe三种元素相互干扰实验

2.5 方法检出限

按照实验方法对空白样品进行处理，在仪器最佳工作条件下对空白样品连续测定11次，以3倍标准偏差计算检出限。结果见表4所示。

表4 Mn、Cu、Fe三种元素检出限

2.6 重复性实验

采用上述的样品处理方法和仪器工作条件对同一个样品连续进样测定5次，考察方法的重复性，实验结果如表5所示，本方法的锰铜铁相对标准偏差(RSD,n=5)分别为≦1.56%、0.50%和1.18%，本方法重复性好，测定结果可靠。

表5 重复性实验数据

2.7 准确性实验

本实验采用加标回收的方法进行准确性实验，称取五个样品，对样品中的不同元素加入各不相同(与待测元素含量相近)的含量，经过样品处理的全过程。表6为该样品定容至100 mL稀释10倍后的数据。本方法中锰铜铁三种元素的回收率分别为95%～103%、98%～101%、96%～102%，回收率好。

表6 回收率实验数据

3 结论

(1)利用实验室现有条件建立了电感耦合发射光谱仪测定煤气化废水催化剂中铁铜锰三种元素含量的方法；

(2)该方法的检出限低、重复率好，回收率高、干扰少，操作简单、准确、快速；

(3)该方法的建立能准确的反映催化剂内相关元素的含量，对催化剂的制备工作的顺利进行起到积极的指导作用。

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[3] 金宝康. 火焰原子吸收分光光度法测定煤及煤基活性炭中微量金属元素[J].石油化工运用， 2011 , 30 (10) :72-73.

2017-07-17

李梦洁(1989—)，女，云南昆明人，助理工程师 ，主要从事分析测试工作。

O657.31

A

1008-021X(2017)18-0084-02

(本文文献格式李梦洁.ICP-AES法测定煤气化废水催化剂中锰铜铁含量[J].山东化工，2017，46(18)：84-85.)