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        固廢利用生產(chǎn)環(huán)保建筑材料重金屬質(zhì)量控制檢測技術(shù)研究

        2022-10-08 01:26:56鄧文紅江嘉杰
        廣東建材 2022年9期
        關(guān)鍵詞:浸出液容量瓶標準溶液

        鄧文紅 黎 帆 江嘉杰

        (廣東廣業(yè)檢測有限公司)

        隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,固廢量日益增多,另一方面建筑材料需求量增大,資源日益短缺。利用固廢作為原材料、組分或者替代品生產(chǎn)建筑材料可以提高資源利用率,有利于減少土地占用、保護環(huán)境,促進節(jié)能減排,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,從而達到資源化的應(yīng)用效果。但固廢利用生產(chǎn)的建筑產(chǎn)品存在有害物質(zhì)過高造成二次污染的后果,其中重金屬含量過高有可能污染河流、土壤,影響民生。因此從生產(chǎn)過程到產(chǎn)品的產(chǎn)出有害物質(zhì)重金屬把控至關(guān)重要。

        目前固廢重金屬檢測方法比較多,而對于固廢利用生產(chǎn)的水泥和磚等建筑產(chǎn)品重金屬檢測方法沒有出臺相關(guān)標準,隨著我國提倡循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展和綠色建筑產(chǎn)品生產(chǎn),固廢利用生產(chǎn)建筑材料的量越來越大,因此有必要規(guī)范固廢利用生產(chǎn)建筑產(chǎn)品重金屬檢測方法。本實驗室在經(jīng)過固廢多種方法比較和參照現(xiàn)行相關(guān)標準方法進行水泥和建筑用磚重金屬檢測,摸索總結(jié)出一套適合于固廢及利用固廢生產(chǎn)的建筑產(chǎn)品重金屬檢測方法,具體方法總結(jié)如下。

        1 實驗材料與試驗方法

        1.1 實驗材料

        本實驗室試驗用固廢采用了污水處理廠的污泥、河道及工業(yè)生產(chǎn)排出淤泥、焚燒生活垃圾、轉(zhuǎn)爐渣、粉煤灰等工業(yè)固廢進行總重金屬含量和浸出重金屬含量檢測。建筑產(chǎn)品采用利用以上固廢生產(chǎn)的水泥和建筑用磚重金屬和浸出重金屬含量檢測。通過多次試驗,由于一般固廢和建筑材料主要都是無機硅酸鹽材料成分,因此檢測過程樣品前處理和檢測方法可以基本一致。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 主要儀器及試劑

        本實驗使用儀器設(shè)備主要有火焰/石墨原子吸收光譜儀iCE3500,電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀i-CAP7200,原子熒光光譜儀AFS-8500,微波消解儀MWD-600,聚四氟乙烯坩堝。主要試劑鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸及各元素的標準溶液。

        1.2.2 檢測前處理方法

        ⑴固廢和建筑產(chǎn)品浸出重金屬含量前處理方法

        ①浸出液制備

        固體廢物、磚浸出液:對于固體廢物、磚等樣品,取適量樣品,自然風干或冷凍干燥后瑪瑙機研磨,后稱取樣品到提取瓶中,根據(jù)樣品的含水率,按液固比10:1(L/㎏)計算出所需浸提劑的體積,加入浸提液蓋緊瓶蓋后固定在翻轉(zhuǎn)式振蕩裝置上,調(diào)速于(23±2)℃下振蕩(18±2)h。靜置后,用快速濾紙過濾并收集浸出液,較難過濾的浸出液用壓力過濾器過濾并收集,于4℃下保存。

        水泥及水泥熟料:按照GB/T 17671-1999 要求制備水泥膠砂試體,成型養(yǎng)護,取出后研磨稱取樣品加水攪拌,PH 值保持值7,結(jié)束后用微孔濾膜過濾裝置過濾浸出液,濾液并入浸出液。將濾膜和攪拌棒上的試樣殘渣轉(zhuǎn)移至燒杯中,加水,置于磁力攪拌器攪拌并調(diào)節(jié)液體的pH 為3.2,結(jié)束后用微孔濾膜過濾裝置過濾收集浸出液,濾液并入浸出液。將上述浸出液移入2L 容量瓶混合后用水定容,待測。

        空白浸出液,使用與試樣浸出液制備等量的pH 調(diào)節(jié)液,不加試樣,按照與試樣浸出液相同的步驟,制備空白浸出液。

        ②浸出液消解方法

        微波消解法:量取浸出液樣品至微波消解罐中,加入濃硝酸用微波消解儀進行消解。消解結(jié)束后,將微波消解罐仲全部內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至容量瓶中,用少量實驗用水淋洗消解罐、蓋,將淋洗液并入容量瓶中,定容至標線,混勻。消解溫度與時間參考表1。

        表1 浸出液消解溫度與時間

        電熱板消解法(原子熒光法不能用此消解):量取浸出液樣品至聚四氟乙烯坩堝中,加入濃硝酸,在電熱板加熱消解。消解后將坩堝內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至容量瓶,用實驗用水淋洗坩堝,將淋洗液全部轉(zhuǎn)移至容量瓶中,定容至標線,混勻,待測。

        ⑵固廢和建筑產(chǎn)品重金屬總含量測定前處理方法

        ①試樣制備

        對于固態(tài)或可干化的半固體樣品,自然風干或冷凍干燥,稱重研磨備用。

        ②試液制備

        微波消解法:稱取適量試樣置于微波消解罐中,用少量實驗用水潤濕后,加入濃硝酸、濃鹽酸及過氧化氫進行消解。消解結(jié)束后用慢速定量濾紙將消解罐內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至容量瓶中,用實驗用水淋洗消解罐,罐蓋,全部淋洗液轉(zhuǎn)移至50mL 容量瓶,混勻。消解溫度與時間參考表2。

        表2 總含量試液消解溫度與時間

        電熱板消解法(原子熒光法不能用此消解):稱取適量試樣置于聚四氟乙烯坩堝中,向坩堝加入實驗用水濕潤樣品,加入酸,置于電熱板加熱消解后取下坩堝稍冷,加濃硝酸,溫熱溶解殘渣,加入蒸餾水繼續(xù)溫熱后,取下坩堝冷卻至室溫后,用慢速定量濾紙將坩堝內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至容量瓶中,用適量的實驗用水清洗坩堝,全部轉(zhuǎn)移至容量瓶中,用實驗用水定容至標線,混勻,待測。

        空白試液:不加樣品,按與試樣制備相同的操作步驟進行固體廢物空白試液的制備。

        消解后溶液加入硝酸控制3%酸度為宜。

        1.2.3 儀器分析

        ⑴電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鉛、鎘、鉻、銅、鎳、鋅、錳、鋇、鍶等重金屬含量

        ①電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測試參數(shù),見表3。

        表3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測量參數(shù)

        ②系列標準溶液濃度配置

        依次配制一系列待測元素的標準溶液,可根據(jù)實際樣品中待測元素濃度調(diào)整校準曲線的濃度范圍。分別移取一定體積的多元素混合標準溶液,用1%硝酸溶液配制系列標準曲線,參考濃度見表4。

        表4 標準系列溶液參考濃度 (mg/L)

        ③工作曲線的測定和樣品測試:

        待分析信號穩(wěn)定后,在與校準曲線相同條件下分析試樣(制備好的浸出液或總含量溶液)。試樣測定過程中,若待測元素濃度超出校準曲線范圍,試樣需稀釋后重新測定。與試樣測定相同操作步驟測定空白試樣。

        ⑵石墨原子吸收分光光度法測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇重金屬含量

        ①石墨爐測試參數(shù),詳見表5(不同型號的儀器最佳測試條件不同,可根據(jù)儀器使用說明書自行選擇。)

        表5 測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇的儀器參數(shù)

        ②系列標準溶液濃度配置

        依次配置系列標準溶液,可根據(jù)儀器情況調(diào)整校準曲線的濃度范圍,確保標準曲線溶液硝酸濃度為3%,參考濃度見表6。

        表6 標準曲線推薦濃度 (μg/L)

        ③工作曲線的測定和樣品測試

        按照儀器性能調(diào)節(jié)儀器至最佳工作條件,由低到高濃度順次測定標準溶液的吸光度。以標準溶液的濃度(以μg/L 計)為橫坐標,以相應(yīng)的吸光度值為縱坐標,繪制工作曲線。按照工作曲線測定中儀器的條件測定試樣溶液的吸光度,對測試結(jié)果進行分析。

        ⑶火焰原子吸收測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇、鋅、錳、鍶重金屬含量

        ①儀器參數(shù)見表7

        表7 測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇、鋅、錳、鍶的儀器參數(shù)

        ②系列標準溶液濃度配置

        依次配置系列標準溶液,可根據(jù)儀器情況調(diào)整校準曲線的濃度范圍,確保標準曲線溶液硝酸濃度為3%,參考濃度見表8。

        表8 標準曲線推薦濃度 (mg/L)

        ③工作曲線的測定和樣品測試

        測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇、鋅、錳的試樣溶液處理:直接測定試樣溶液。測定鍶的試樣溶液處理:移取10mL試樣溶液至50mL 容量瓶中,必要時加入2mL 氯化鉀溶液(5%)或2mL 氯化鈉溶液(5%)或2mL 氧化鑭溶液(5%)抑制鍶的電離,用水定容。

        按照儀器性能調(diào)節(jié)儀器至最佳工作條件,由低到高濃度順次測定標準溶液的吸光度。以標準溶液的濃度(以mg/L 計)為橫坐標,以相應(yīng)的吸光度值為縱坐標,繪制工作曲線。

        按照工作曲線測定中儀器的條件測定試樣溶液的吸光度,對測試結(jié)果進行分析。

        ⑷原子熒光法測定汞、砷重金屬含量

        ①原子熒光儀測量參數(shù),詳見表9

        表9 原子熒光儀測量參數(shù)

        ②系列標準溶液濃度配置

        依次配制待測元素的標準溶液,不同元素標準按表10 加入濃鹽酸、10%硫脲和10%抗壞血酸混合溶液。參考濃度見表11。

        表10 定容50mL 試劑加入量 (mL)

        表11 各元素標準溶液參考 (μg/L)

        ③工作曲線的測定和樣品測試

        分取試液(用微波消解法制備的浸出液或總含量制備液)置于容量瓶中,加入濃鹽酸、10%硫脲和10%抗壞血酸混合溶液,用實驗用水定容至標線,混勻。以硼氫化鉀溶液[0.5%氫氧化鉀溶液,2%(測砷、硒)或1%(測汞)硼氫化鉀]為還原劑、5%鹽酸溶液為載體。在與校準曲線相同條件下分析以上溶液。

        空白樣品按照與試樣測定相同操作步驟測定。

        2 試驗結(jié)果及分析

        ⑴用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定鉛、鎘、鉻、銅、鎳、鋅、錳、鋇、鍶重金屬檢測精密度及準確度,如表12。

        表12 ICP 方法精密度和準確度

        ⑵用原子熒光進行固廢重金屬測定含量加標精密度和準確度,見表13。

        表13 AFS 方法精密度和準確度

        ⑶石墨原子吸收分光光度法測定重金屬含量方法精密度和準確度,見表14。

        表14 GFAAS 方法精密度和準確度

        ⑷火焰原子吸收測定鉛、鉻、鎘、銅、鎳、鋇、鋅、錳、鍶重金屬含量方法精密度和準確度,見表15。

        表15 AAS 方法精密度和準確度

        ⑸方法討論

        ①測試前,應(yīng)用火焰原子吸收法或ICP 法預(yù)測量被測元素的元素范圍,選用石墨爐法的測量范圍應(yīng)在標準曲線內(nèi)。從結(jié)果可以看出稀釋倍數(shù)越大,結(jié)果偏差越大。應(yīng)選用合適的測試方法。

        ②實驗使用的消解罐和玻璃容器使用后都要用硝酸溶液浸泡24h 后,依次用自來水、蒸餾水洗凈方可使用。

        ③完成消解后消解罐樣品固體還有比較多時,可能消解不完全,再進行一次消解。

        ④消解過程加入的過氧化氫應(yīng)適量,不超過10mL。

        ⑤含量較低的元素,可適當增加樣品稱取量或減少定容體積,也可將消解液濃縮后測定。

        ⑥因為成分復(fù)雜,使用ICP 檢測重金屬每個元素應(yīng)選3 條以上譜線來確認含量,所有檢測儀器都應(yīng)預(yù)熱30min 以上,以防波長漂移。

        ⑦石墨原子吸收法選用合適的基體改性劑,本實驗室使用的是磷酸二氫銨,可以達到良好的結(jié)果

        ⑧石墨原子吸收法測定總量時應(yīng)稱量為0.1g,定容于100mL 中為宜,測量濃度適用于大多數(shù)水泥和建筑用磚生產(chǎn)原材料用固廢微量重金屬測定。

        ⑨使用石墨管注意測量空白,開始新的元素測量時應(yīng)進行質(zhì)量保證和質(zhì)量控制測試。

        ⑩火焰原子吸收法測定測定總量時應(yīng)稱量為0.25g 樣品,定容于50mL 中為宜,測量濃度適用于大多數(shù)水泥建筑用磚生產(chǎn)原材料用固廢重金屬測定。

        3 結(jié)論

        本研究對固廢及固廢利用生產(chǎn)建筑產(chǎn)品重金屬檢測方法進行了試驗研究,對固廢和產(chǎn)品的試驗樣品前期處理、過程處理、儀器檢測進行了優(yōu)化總結(jié),建立了一套固廢及利用固廢生產(chǎn)的建筑產(chǎn)品重金屬檢測的ICP 法、石墨及火焰原子吸收法和原子熒光方法。本套檢測方法檢測穩(wěn)定、準確度高、靈敏度高,可以應(yīng)用于建材行業(yè)重金屬檢測。

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