氯气中酸雾含量分析方法的研制

刘卫明

（山西榆社化工股份有限公司，山西 榆社031800）

氯气在生产过程中带有水分，经冷却除水后用浓硫酸干燥、除雾，后用透平压缩机或氯气泵将氯气送给用户或经加压、冷冻制成液氯，若氯气中酸雾（硫酸雾）含量偏高，会对透平压缩机叶轮和设备管道产生腐蚀，造成泄漏，易引发事故。 工艺要求对氯气酸雾（硫酸雾）控制在1 mg/g 之内，分析检测难度很大，目前国内尚未建立氯气中酸雾（硫酸雾）含量的分析方法，因此研究解决这一分析难题，对于保证氯碱生产的正常运行具有十分重要的意义。

1 实验部分

1.1 原理

用水吸收氯气中酸雾，加入氯化钡制得硫酸钡悬浮液，用分光光度法定量。

1.2 试剂与材料

（1）二水氯化钡；

（2）甘油-乙醇混合液：1+2；

（3）盐酸溶液：1+10；

（4）硫酸盐标准溶液：0.1 mg/mL；

（方法1： 称取0.148 g 于105～110 ℃干燥至恒重的无水硫酸钠，溶于水。移入1 000 mL 容量瓶中，稀释至刻度；方法2：称取0.181 g 硫酸钾，溶于水，移入1 000 mL 容量瓶中，稀释至刻度。 ）

（5）氢氧化钠溶液：200 g/L；

（6）过氧化氢溶液：1+5；

（7）淀粉-碘化钾试纸；

（8）氮气或空气。

除非另有说明，否则在分析中仅使用确认为分析纯试剂和GB/T 6682 规定的三级水或相当纯度的水。

试验中所需标准溶液、制剂及制品，在没有其他规定时，均按GB/T 601、GB/T 602、GB/T 603 规定制备。

1.3 仪器

（1）一般试验仪器；

（2）20 mL 特规气体吸收管（见图1）；

图1 20 mL特规气体吸收管

（3）721 型分光光度计；

（4）5 000 mL 碱液瓶；

（5）电磁搅拌器；

（6）电子秒表；

（7）天平（8 000 g/0.1 g）。

1.4 实验步骤

（1）标准曲线的绘制

吸 取 硫 酸 盐 标 准 溶 液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 分别置于6支20 mL 特规气体吸收管（以下简称吸收管）中。再分别加入1 mL 盐酸溶液和2 mL甘油—乙醇混合溶液，用水稀释至刻度，摇匀。 将吸收管中的溶液移入小烧杯中， 加入0.3 g 二水氯化钡，以恒定的速度搅拌2 min 后静置10 min。用5 cm比色皿，在波长450 nm 处，用空白溶液调整分光光度计零点，测定吸光度，不同质量的硫酸盐吸光度统计见表1。

以硫酸盐含量（μg）为横坐标，对应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线， 得回归方程曲线A=0.001 351x-0.019 71 其中相关系数为R2=0.997 0，A 表示吸光度，x 表示硫酸盐含量（μg），硫酸盐标准曲线图见图2。

表1 不同质量硫酸盐吸光度统计表

图2 硫酸盐标准曲线图

（2）采样

缓慢打开采样阀，控制氯气以约300 mL/min 的流速通入碱液瓶吸收约两三分钟。 然后将氯气通过两个串联的分别内盛10 mL 水的吸收管，将吸收管浸入冰水中冷却， 氯气通入内装4 000 mL 200 g/L的氢氧化钠溶液的碱液瓶吸收， 采样量约300 g 时停止采样，碱液瓶采样前后称重的质量差，即为氯气的质量。 关闭采样阀，用清洁干燥的空气或氮气吹洗吸收管内的氯气通入碱液瓶中，吸收液呈无色状态时取下2 个吸收管。

（3）空白实验

采用与测定试料完全相同的分析步骤，进行空白实验。

（4）比色定量

用少量水分别冲洗二支吸收管中的内管，滴加过氧化氢溶液至不含次氯酸根为止 （用淀粉-碘化钾试纸作指示剂）， 再加过量几滴过氧化氢溶液之后把吸收管放在热水浴加热至溶液不冒泡为止，取出冷却。 将1 mL 盐酸溶液和2 mL 甘油—乙醇混合液先后加入吸收管内，用水稀释至刻度，摇匀。 将吸收管中的溶液移入小烧杯中，加入0.3 g 二水氯化钡以恒定的速度搅拌2 min 后静置10 min。 用5 cm 比色皿在波长450 nm 处，用空白溶液调整分光光度计零点，测定试料的吸光度。

式中：x—酸雾（以SO2-

4 计）含量，μg/g；

m1—硫酸盐（以SO2-

4 计）的质量，μg；

m—氯气的质量，g。

2 试样量

氯化钡和试样中硫酸雾反应制得硫酸钡悬浮液，用分光光度计测定吸光度，确定试样量的大小十分重要，不同试样量的测定结果表明，采样量在210～370 g 时，能获得满意的吸光度值，统计表见表2。

表2 吸光度统计表

3 吸收效率试验

该法采用两支串联的分别内盛10 mL 水的吸收管样，酸雾在水中的吸收效率达90%以上，吸收效率统计表见表3。

表3 吸收效率统计表

式中：C1、C2分别为前后二支吸收管的吸光度。

4 样品实测情况

样品实测结果见表4。

表4 样品实测结果

测定方法的绝对误差在0.01 μg/g 范围内。

5 实验条件的选择和讨论

5.1 控制采样时氯气的流速

氯气通过两个串联的分别内装10 mL 水的吸收管，若采样流速过慢，则会延长采样时间，若采样流速过快，则影响吸收效率。 前管吸收了大部分的硫酸雾，实验结果表明氯气流速控制在300 mL/min左右为最佳条件，不同流速下的吸收效率见表5。

表5 不同流速下的吸收效率

5.2 吸收氯气的碱液要足量，否则会影响分析结果

碱液的含量不能太高，否则反应产生的氯化钠结晶会堵塞碱液瓶的进口管，影响采样效果。

5.3 安全方面

在整个取样过程中要避免氯气泄漏，否则会影响分析结果的准确性，还会造成环境污染和安全事故。

5.4 硫酸钡悬浮液的制备

在试样中加入二水氯化钡，即开始计时，以恒定的速度搅拌。

与国家标准《工业用合成盐酸》中硫酸盐含量项目检测方法相比较，因搅拌方式不同，测定的结果有差异。 实验结果证明，用电磁搅拌方式测得的灵敏度高，不同搅拌方式下的吸光度对比见表6。

表6 不同搅拌方式下的吸光度对比

5.5 检测环境

（1）在整个分析过程中，检测环境内不应含硫酸雾，否则会影响分析结果；

（2）采样时必须将吸收管浸入冰水浴中冷却；

（3） 应在同一室温条件下制备试样和标准溶液的硫酸钡悬浮液，否则会影响硫酸钡悬浮液的结晶速度和颗粒大小，影响分析结果。

6 结语

综上所述，该方法操作简便易行，取样、样品处理、定容在同一容器中操作，避免了样品在转移中的污染或损失，该方法所用的试剂、材料和仪器设备属实验室一般常用的物品，检测成本低廉。 该法属于微量分析，样品吸收率＞90%，测定结果满意，为检测氯气中酸雾提供了可靠的测试手段，也可作为氯气生产中的安全监控方法。