陸宇翔

【摘 要】火電廠中脫硝使用的SCR催化劑易被鐵鉀鈉三種元素影響而失活。而CMC作為SCR中重要的粘結(jié)劑必不可少，所以必須監(jiān)控CMC中的鐵鉀鈉含量。 ICP-OES能夠快速且精確的測(cè)出溶液中存在的痕量元素的質(zhì)量，所以只需要將CMC完全消解，本文主要討論不同氧化劑對(duì)CMC的消解效果。

【關(guān)鍵詞】CMC；ICP-OES；過(guò)氧化氫；硫酸

中圖分類號(hào)： X791 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）20-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.008

近年來(lái)我國(guó)大力雖然發(fā)展水電，核電，風(fēng)電等環(huán)境友好型發(fā)電項(xiàng)目，但是火電的發(fā)電量仍然是最大的。煤炭中的氮元素燃燒后會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物從而帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)明規(guī)定了火電廠煙囪排放氣體中氮氧化合物的標(biāo)準(zhǔn)，故脫硝成了當(dāng)務(wù)之急，SCR催化劑應(yīng)運(yùn)而生。SCR催化劑中的活性成分是五氧化二釩，它可以催化氨氣與氮氧化合物的反應(yīng)，生成無(wú)毒無(wú)害的氮?dú)馀c水，使煙氣排放達(dá)標(biāo)。CMC作為SCR催化劑中常用的膠黏劑與可塑劑有著不可替代的作用。作為膠黏劑，CMC能增加以鈦白粉為基體的催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，可以使催化劑在擠出時(shí)更加容易成型。但是CMC在生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的鐵和鉀元素，鐵和鉀元素會(huì)與催化劑中的五氧化二釩反應(yīng)，使其失去催化煙氣的能力，從而失去活性。所以必須嚴(yán)格控制CMC中的鐵和鉀元素含量，保證SCR催化劑的活性。本文中采用目前較為先進(jìn)的ICP-OES法，先將樣品進(jìn)行消解，再用儀器進(jìn)行測(cè)量。該方法的有點(diǎn)在于儀器操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)可靠性高。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有著指導(dǎo)性意義。目前國(guó)家尚未對(duì)CMC中鐵和鉀元素的測(cè)量有制定標(biāo)準(zhǔn)，本文討論不同消解方法對(duì)結(jié)果的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

（1）電感偶爾等離子體發(fā)射光譜儀ICP-OES：美國(guó)安捷倫公司；（2）天平：梅特勒公司；（3）電爐（4）聚四氟乙烯燒杯（5）100mL聚丙烯容量瓶。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

（1）某公司提供的三種不同的CMC樣品，標(biāo)號(hào)分別為1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)；（2）優(yōu)級(jí)純硫酸：國(guó)藥；（3）優(yōu)級(jí)純硝酸：國(guó)藥；（4）優(yōu)級(jí)純雙氧水：國(guó)藥；（4）蒸餾水：屈臣氏。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

利用硝酸或者硫酸加上雙氧水對(duì)于樣品進(jìn)行消解，硝酸與硫酸都有對(duì)破壞有機(jī)物分子的能力，而雙氧水同時(shí)具有強(qiáng)氧化性，可以使已被破壞的有機(jī)物分子進(jìn)一步被分解，從而達(dá)到完全溶解的目的。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）洗凈聚四氟乙烯燒杯及容量瓶，并留少量蒸餾水于燒杯中；（2）準(zhǔn)確稱取0.2g樣品與燒杯中，記錄下質(zhì)量（每個(gè)樣品稱2份）；（3）分別加入10mL優(yōu)級(jí)純硝酸或者優(yōu)級(jí)純硫酸于燒杯中，再加入4mL優(yōu)級(jí)純雙氧水；（4）將燒杯置于電爐上加熱，20分鐘后取下；（5）完全冷卻后，分別倒入容量瓶中，并定容至100mL；（6）開(kāi)啟儀器，使用已制備的標(biāo)液進(jìn)行曲線校準(zhǔn)，當(dāng)曲線線性超過(guò)0.999視為曲線可用，（7）在剛剛校準(zhǔn)的曲線下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

因優(yōu)級(jí)純硫酸與優(yōu)級(jí)純硝酸中的鐵元素與鉀元素含量幾乎相同，故可以忽略其帶來(lái)的影響，過(guò)氧化氫用量相同，所以樣品中測(cè)出的鐵與鉀的含量可以作為相對(duì)值，有參考的意義。

對(duì)比a與b，c與d加入容量瓶時(shí)的現(xiàn)象可知，用硫酸進(jìn)行消解比硝酸消解的更加徹底，不會(huì)有殘留物出現(xiàn)。使用硫酸消解結(jié)果更加使人信服。

所有的容量瓶中靜置后均產(chǎn)生了氣泡，這些氣泡都是過(guò)氧化氫反應(yīng)不完全，不斷氧化產(chǎn)生的，所以該實(shí)驗(yàn)必須在定容后馬上就進(jìn)行，時(shí)間一長(zhǎng)，產(chǎn)生的氣泡的會(huì)影響稀釋體積，對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。從數(shù)據(jù)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?？紤]到其中氣泡對(duì)稀釋體積的影響，可以視為使用硝酸與硫酸消解對(duì)最后的結(jié)果影響不大。為了精確測(cè)量，故應(yīng)盡量排除氣泡帶來(lái)的誤差，所以可以使用增加加熱時(shí)間使過(guò)氧化氫分解的更加完全的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

CMC屬于陰離子型纖維素醚類，所以在酸性環(huán)境下，醚中的氧原子會(huì)與酸絡(luò)合，然后氧原子帶正電荷，從而分解為兩分子的醇，該反應(yīng)在解熱條件下反應(yīng)速度會(huì)顯著加快。CMC分子內(nèi)存在羧基，酯基與醚基，而硫酸不僅能提供酸性環(huán)境，硫酸還能脫去分子內(nèi)的水，使CMC分解的更加完全。鐵元素與鉀元素一般以鹽的形式存在于CMC中，所以用酸去溶解，可以是這些以鹽類形式存在的金屬元素全部進(jìn)入酸溶液中，所以使用硫酸與硝酸消解測(cè)得的結(jié)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帶來(lái)的誤差影響， 所以硫酸是消解首選。

由于CMC是高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)與分子量對(duì)其性能影響很大，對(duì)比 1，2，3不難發(fā)現(xiàn)，雖然都是CMC但是使用相同方法消解效果卻有著差異。一般來(lái)說(shuō)，高分子化合物分子量越大，分子結(jié)構(gòu)越緊密，越難以發(fā)生反應(yīng)，分子的穩(wěn)定性也就越高，同等條件下發(fā)生反應(yīng)所需的能量也就越高。

3 結(jié)論

在實(shí)際消解CMC的過(guò)程中，建議取0.2g樣品，加入10mL優(yōu)級(jí)純硫酸，4mL優(yōu)級(jí)純過(guò)氧化氫，加熱至過(guò)氧化氫完全分解后冷卻至室溫，再定容至100mL容量瓶，最后在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀上進(jìn)行測(cè)量。這樣可以使CMC完全消解，不留雜質(zhì)，還能規(guī)避因氣泡引起的稀釋倍數(shù)不準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。能夠得到更加精確的數(shù)據(jù)。