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        堿熔-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定廢棄加氫脫硫(HDS)催化劑中的釩

        2022-09-22 10:38:10李華昌
        關(guān)鍵詞:熔融容量瓶標(biāo)準(zhǔn)溶液

        張 琳 韓 曉 李華昌

        (北礦檢測(cè)技術(shù)有限公司,北京 102628)

        對(duì)催化劑中的重金屬的回收,既可防止重金屬的流失浪費(fèi),又可減輕對(duì)環(huán)境的污染,具有重大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義[1-5],因此測(cè)定催化劑中的有價(jià)金屬元素含量具有重要的意義[6-8]。加氫脫硫(HDS)催化劑中Fe、V、Co、Ni的含量是主要考察元素,釩的含量比較高,成為回收的重點(diǎn)元素。

        本文通過(guò)建立電感耦合等離子體法測(cè)定廢棄HDS催化劑中釩,協(xié)助HDS催化劑回收實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。采用的Na2O2是一種堿熔熔劑,相比于傳統(tǒng)的四酸或王水,Na2O2能夠有效處理HDS催化劑,使樣品在高溫下迅速熔解。此外,電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)分析技術(shù),既具有原子發(fā)射光譜法(AES)的多元素同時(shí)測(cè)定優(yōu)點(diǎn),又具很寬線性范圍,可對(duì)主、次成分同時(shí)測(cè)定,具有多元素、多譜線同時(shí)測(cè)定的特點(diǎn)[9-10]。通過(guò)堿熔-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法成功測(cè)定了廢HDS催化劑中的釩,分析結(jié)果滿意,有效地解決了廢棄HDS催化劑中釩測(cè)定的難題。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 主要試劑

        釩標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1.00 g/L,鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有效公司),釩中間儲(chǔ)備溶液(100 μg/mL),Na2O2、HCl均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。

        1.2 主要儀器

        725型Agilent ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(安捷倫科技有限公司)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        稱取1 g Na2O2放入25 mL的剛玉坩堝中,在Na2O2上方加入0.20 g(精確至0.000 1 g)試樣,試樣上方再加入2 g Na2O2,對(duì)樣品進(jìn)行覆蓋;將剛玉坩堝至于電阻爐中,在700 ℃保溫20 min進(jìn)行熔融后將坩堝從電阻爐中取出,放入水中冷卻,并在加熱板上進(jìn)行熱浸取,直至所有熔融物脫落;將溶液冷卻,并在100 mL 容量瓶中加水稀釋至刻度,制備出所需試液;在100 mL容量瓶中加入10 mL試液和10 mL HCl,并加水稀釋至刻度,混勻后測(cè)定。同理制備空白對(duì)比溶液。

        1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制

        在一組100 mL容量瓶中分別加入0、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00 mL釩中間儲(chǔ)備溶液(100 μg/mL),再往容量瓶中加入10 mL樣品空白溶液和10 mL HCl,加水稀釋至刻度,混合均勻,配制成含量分別為0、1.00、2.00、5.00、10.00、20.00 μg/mL釩的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 樣品定性分析

        實(shí)驗(yàn)所用樣品取自石油煉化廠的HDS渣,HDS渣的主要化學(xué)成分如表1所示,從表1中可見(jiàn),該礦物中V2O5的含量為16.3%、Ni的含量為6.82%、Mo的含量為2.02%、Al2O3的含量為19.58%,C和S含量很高,達(dá)到25.1%,油類碳?xì)浠衔镞_(dá)到了12.53%。

        表1 HDS渣中主要化學(xué)成分分析結(jié)果

        2.2 譜線的選擇

        譜線選擇的標(biāo)準(zhǔn)是高靈敏度、高強(qiáng)度以及光譜干擾少。首先采用設(shè)備推薦的三個(gè)分析譜線(V 292.401 nm、V 309.310 nm、V 311.837 nm)對(duì)釩標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.00 μg/mL和20.00 μg/mL)進(jìn)行測(cè)定,以篩選出最佳分析譜線,通過(guò)對(duì)比三條譜線的發(fā)射強(qiáng)度、背景以及峰形等參數(shù),最終選擇V 292.401 nm作為分析譜線。

        2.3 熔融溫度的影響

        為考察熔融溫度對(duì)催化劑樣品熔解的影響,稱取0.20 g(精確至0.000 1 g)樣品在不同熔融溫度(600、650、700、750、800 ℃)下熔融20 min后,將溶液冷卻后,轉(zhuǎn)入100 mL 容量瓶中加水稀釋至刻度,制備所需試液,分別量取10 mL試液和10 mL HCl加入100 mL容量瓶中,并加水稀釋至刻度,混勻后測(cè)定樣品中V的含量,結(jié)果如表2所示。由表2可以看出,樣品在低于700 ℃時(shí)沒(méi)有熔解完全,因此,本著充分打開(kāi)樣品和節(jié)能減排的原則,選擇熔融溫度700 ℃。

        表2 樣品在不同熔融溫度下的熔融狀態(tài)

        2.4 熔融時(shí)間的影響

        為考察一定的熔融溫度下樣品的最佳熔融時(shí)間,稱取0.20 g(精確至0.000 1 g)樣品在熔融溫度700 ℃下、熔融不同時(shí)間(10、15、20、25、30 min),考察樣品的熔融狀態(tài),并按實(shí)驗(yàn)方法制備待測(cè)溶液,結(jié)果如表3所示??梢钥闯觯瑯悠吩谛∮?0 min的熔融時(shí)間內(nèi)沒(méi)有熔解完全,因此選擇熔融時(shí)間為20 min。

        表3 樣品在不同熔融時(shí)間下的熔融狀態(tài)

        2.5 鹽酸濃度對(duì)釩測(cè)定的影響

        考察在不同HCl濃度(5.0%、10.0%、15.0%、20.0%)下對(duì)釩標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.00、5.00、10.00 μg/mL)測(cè)定的影響,結(jié)果如表4所示??梢钥闯?,不同的HCl濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大,因此,本著充分溶解樣品和節(jié)能減排的原則,待測(cè)液統(tǒng)一選擇10.0%的HCl濃度。

        表4 鹽酸濃度對(duì)釩測(cè)定結(jié)果的影響

        2.6 共存元素對(duì)釩測(cè)定的影響

        廢棄加氫脫硫(HDS)催化劑中V2O5的含量為16.3%、Ni的含量為6.82%、Mo的含量為2.02%、Al2O3的含量為19.58%,C和S含量很高,達(dá)到25.1%,油類碳?xì)浠衔镞_(dá)到了12.53%。共存元素Al、Ni、Mo的存在以及引入的Na+可能會(huì)對(duì)V的測(cè)定產(chǎn)生影響,需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以排除干擾因素。

        2.6.1 單一共存元素對(duì)釩測(cè)定的影響

        選擇濃度為2.00和10.00 μg/mL的釩標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別在兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入不同含量的鋁、鎳和鉬,再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液中的釩含量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果如表5所示,可以看出,不同濃度的鋁和鎳的存在對(duì)釩的測(cè)定基本無(wú)影響。此外,當(dāng)鉬的質(zhì)量濃度≤0.50 g/L時(shí),鉬的存在對(duì)釩的測(cè)定也沒(méi)有干擾;當(dāng)鉬的質(zhì)量濃度>0.50 g/L時(shí),鉬的存在會(huì)提高釩的回收率,且釩的回收率隨鉬濃度的增加而增加。因此,為了消除鉬對(duì)釩測(cè)定的影響。在樣品測(cè)定時(shí),需使鉬的質(zhì)量濃度≤0.50 g/L。在本研究提出的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法中,鉬質(zhì)量濃度小于0.2 g/L,因此不考慮鉬對(duì)釩的影響。

        表5 單一共存元素鋁、鎳和鉬對(duì)釩測(cè)定結(jié)果的影響

        此外,本文采用的測(cè)試方法中含有Na2O2堿熔,在測(cè)試過(guò)程中會(huì)在溶液中產(chǎn)生大量鈉離子。選擇濃度為2.00和10.00 μg/mL的釩標(biāo)準(zhǔn)溶液,在兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入不同含量的鈉元素,再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液中的釩含量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表6所示。從表6可以看出,鈉離子的存在會(huì)降低釩的回收率,且隨著鈉離子濃度的升高,釩的回收率逐漸降低。當(dāng)鈉離子濃度從1 g/L升至5 g/L后,釩的回收率從93.0%和97.7%降低至84.0%和95.6%。釩回收率的降低主要?dú)w因于堿基體對(duì)霧化效果產(chǎn)生了影響,為了消除堿基體的干擾,最好的方法是基體匹配。因此,在制備釩的標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí),需要引入10 mL的樣品空白溶液進(jìn)行基體匹配。

        表6 鈉離子對(duì)釩測(cè)定結(jié)果的影響

        2.6.2 混合共存元素對(duì)釩測(cè)定的影響

        選擇濃度為2.00和10.00 μg/mL的釩標(biāo)準(zhǔn)溶液,在兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中各加入10 mg Mo、10 mg Ni、10 mg Al、10 mg Fe、10 mg Na和10 mg Co,再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液中的釩含量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表7所示??梢钥闯?,兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液的釩測(cè)定值與理論值一致,共存離子的存在對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響微乎其微,可以忽略

        表7 混合離子干擾實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

        2.7 校準(zhǔn)曲線與檢出限

        通過(guò)對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè),繪制出以釩質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、以光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的校準(zhǔn)曲線,當(dāng)釩的質(zhì)量濃度范圍在1.00~20.00 μg/mL時(shí),釩的質(zhì)量濃度與發(fā)射強(qiáng)度之間具有線性關(guān)系,線性回歸方程為y=8250x+11.29,相關(guān)系數(shù)r為1.0。

        通過(guò)11次試劑空白溶液的測(cè)定,采用3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差獲得檢出限為0.045%,再采用3.3倍檢出限計(jì)算得到的定量限為0.15%。因此,本文提出的檢測(cè)方法滿足了最低含量為0.50%的檢測(cè)要求。

        2.8 精密度實(shí)驗(yàn)

        表8 樣品中V精密度試驗(yàn)結(jié)果

        2.9 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

        根據(jù)上述測(cè)試方法1#、3#樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表9。實(shí)驗(yàn)表明,加標(biāo)回收率為99.0%~101%。

        表9 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        3 結(jié)論

        采用Na2O2作熔劑,建立了ICP-OES法對(duì)廢棄加氫脫硫中釩的測(cè)定。以10.0%的HCl濃度為介質(zhì),研究了一定量的共存元素及鈉離子對(duì)釩測(cè)試結(jié)果的影響,排除了共存元素的干擾。實(shí)驗(yàn)表明,只要確保標(biāo)準(zhǔn)溶液與試液中鈉和鹽酸的濃度相同,該方法的準(zhǔn)確性和精確度較高,加標(biāo)回收率達(dá)到99.0%~101%。該方法有效解決了廢棄加氫脫硫催化劑中釩測(cè)定的難題,具有一定的實(shí)用性。

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