原子发射光谱法测定活性炭载体催化剂中的钯含量

原子发射光谱法测定活性炭载体催化剂中的钯含量摘要：通过实验确定了ICP-AES测定钯含量的最佳测量条件为焙烧温度650、焙烧时间1h、通氧流量100mL/min、加甲酸还原、尾气回收等。采用文章确定的最佳条件，用ICP-AES测定钯的含量，结果比较精确。文章测量方法的检出限为0.0006?g/mL，样品的加标回收率为98.19%105.70%。文章分析方法测定的废钯炭催化剂中钯量与实际回收的金属量吻合，方法适用、分析速度快，适用于废钯炭催化剂样品分析，能够满足废钯炭催化剂中钯量的分析要求。关键词：钯含量；催化剂；原子发射光谱法；活性炭中图分类号：O657文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）03-0020-041概述活性炭载钯催化剂广泛应用于医药和化学工业中，例如在氟呱啶、甲苯二异氰酸酯合成及己内酰胺精制、苯二甲酸加氢精制等反应均采用钯/活性炭催化剂。在催化剂失去活性后，其中贵金属的回收再利用，对在地球中分布较少的贵金属资源具有重要的实用价值和经济价值。随着国民经济的飞速发展，汽车制造业和化工行业对含钯炭催化剂的用量越来越大。我国钯资源贫乏，主要依赖国际市场，对含钯二次资源的回收利用是我国资源再生的大事，钯二次资源的综合利用越来越受到重视。测定微量钯的方法很多，有催化动力学法、原子吸收法、分光光度法等。不管采用何种方法，从废钯炭催化剂中浸出钯成为各种测量方法的关键。本文使用电感耦合等离子发射光谱法测量废钯炭催化剂中的钯含量。电感耦合等离子发射光谱法是一种简单、准确、快速的方法。本文研究了废钯炭催化剂中钯量的ICP-AES测定方法，进行了仪器参数的选择，研究了焙烧时间、焙烧温度、通空气量、样品的分解、样品的加标回收和样品分析的误差统计等。结果表明：酸性条件下，用标准曲线法进行样品分析，方法的检出限为0.0006?g/mL，样品的加标回收率为98.19%105.70%。2实验部分2.1主要仪器与试剂采用的主要仪器包括管式炉、瓷舟、电感耦合等离子体原子发射光谱仪。光谱仪的光源为氩等离子体光源，发生器最大输出功率不小于1.30kW，200nm时光学分辨率不大于0.010nm，400nm时光学分辨率不大于0.020nm，仪器1h内漂移不大于2.0%。采用的主要试剂包括盐酸（密度1.19g/mL）、硝酸（密度1.42g/mL）、甲酸（密度1.22g/mL）、盐酸（11）、甲酸（199）、氯化钠溶液（密度50g/L）以及三单位体积的盐酸与一单位体积的硝酸配制混匀的混合酸。钯标准贮存溶液：称取1.0000g金属钯（质量分数不小于99.99%），置于200mL烧杯中，加入40mL混合酸，盖上表面皿，低温加热至完全溶解。用水冲洗表面皿及烧杯壁，加入1mL氯化钠溶液，低温蒸至湿盐状。加入5mL盐酸，低温蒸至湿盐状，重复三次，取下。加入50mL盐酸，低温加热至盐类溶解完全。移入1000mL容量瓶中，冷至室温，以水稀释至刻度，混匀。此溶液1mL含1000g钯。钯标准溶液：移取10mL钯标准贮存溶液至100mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。此溶液1mL含100?g钯。样品粒度应不大于200m；样品应在100105烘干1h后置于干燥器中备用。2.2实验方法2.2.1称取约2g（精确至0.0001g）试料，置于瓷舟中，将瓷舟慢慢推至已经升至650的管式炉瓷管的中心位置，以100mL/min通氧燃烧，燃烧后的气体通入装有甲酸100mL的洗气瓶，持续60min。2.2.2将瓷舟连同瓷管取出并冷却至室温，将灼烧渣和瓷管中的灰尘全部转入250mL烧杯中，再将洗气瓶中的液体转入同一烧杯中。2.2.3向烧杯中加入10mL甲酸，加热煮沸20min；加入40mL混合酸，低温蒸发浓缩至近干，加入10mL盐酸赶硝3次。取下冷却后转入100mL容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。干过滤。2.2.4移取适量（按表1移取）上述滤液于100mL容量瓶中，加入5mL盐酸，以水稀释至刻度，混匀。2.2.5将制备的试料溶液用电感耦合等离子体原子发射光谱仪进行测定。钯的分析线为340.458nm。3实验结果与讨论移取4.00mL8.00mL12.00mL16.00mL20.00mL钯标准溶液，置于一组100mL容量瓶中，各加入5mL盐酸，以水稀释至刻度、混匀；置于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上。在仪器运行稳定后，在选定的仪器工作条件下，以钯的浓度为横坐标，谱线强度为纵坐标，绘制标准工作曲线。工作曲线的相关系数应不小于0.9998。本文主要研究了焙烧温度、焙烧时间、通氧速度、甲酸还原、尾气中的钯回收等因素对测定结果的影响。3.1焙烧温度对钯测定的影响在表3的温度条件下，分别焙烧1h，所得结果如表3所示：由表3可以看出，当温度在630以下时，焙烧同样的时间，测得的钯含量随温度升高而变大；当温度超过650以后，钯含量则基本没有变化。考虑到废钯炭催化剂随着焙烧温度的提高，钯被氧化的机会会逐渐增加，给还原带来麻烦，所以选择控制焙烧温度为650。3.2焙烧时间对钯测定的影响在选定的650温度条件下，焙烧不同时间，测定出的钯含量结果如表4所示：由表4可以看出，在相同的焙烧温度下，当焙烧时间在1h以下时，测得的钯含量随时间增加而变大；当焙烧时间超过1h以后，钯含量基本没有明显变化，所以选择焙烧时间为1h。3.3通氧流量对钯测定的影响在650温度下焙烧1h，在不同的通氧流量下，测定出的钯含量结果如表5所示：由表4可见，在选定的焙烧温度和焙烧时间下，流量在100mL/min以下，钯含量随通氧流量的增加而变大；在100mL/min以上，通氧流量继续增大时，钯含量基本不变，所以选择最佳通氧流量为100mL/min。3.4甲酸还原对钯测定的影响其他条件相同的情况下，对样品分别加甲酸还原和不用甲酸还原，测得的钯含量结果如表6所示：由表6可以看出，经过焙烧后的钯炭如果不加甲酸还原，则测得的钯含量偏低。因此，经过焙烧后的钯炭需要经过甲酸的还原后才能检测。3.5尾气中的钯回收对钯测定的影响其他条件不变的情况下，研究尾气回收对钯含量测定的影响，钯含量的测定结果如表7所示：由表7可以看出，将废钯炭催化剂用高温焙烧的方法除去其中的活性炭，测定钯含量的方法，收集燃烧气体中的含钯微粒过程是很重要的，从表7的数据可以看出排出管式炉的尾气中带有部分钯微粒。如果不进行尾气回收，则测量结果将偏低。3.6分析波长的选择根据钯产生的波长特性，实验发现，340.458nm波长处所检测的钯的灵敏度和强度比363.470nm波长处的高，因此选择340.458nm为最佳检测波长。3.7工作曲线中盐酸对体系的影响在样品中加入不同百分比的盐酸，其对测定结果的影响如表8所示：由表8可以看出，试料溶液中盐酸的加入量对体系的测定几乎没有影响，因此在标准工作曲线系列中加入5mL盐酸，以保证与测试溶液酸度一致。3.8检出限实验根据上述所选择的优化条件：焙烧温度650、焙烧时间1h、通氧流量100mL/min、加甲酸还原、尾气回收等，按照载体所含的比例配制钯浓度为0.00mg/L、4.00mg/L、8.00mg/L、12.00mg/L、16.00mg/L、20.00mg/L的标准系列溶液，测量工作曲线后将空白溶液作为样品，测量11次，统计其标准偏差为0.0002g/mL，样品检出限为0.0006g/mL。3.9试料的加标回收实验取三个样品按上述实验方法处理后，分别进行加标回收实验，结果如表9所示：由表9可以看出，Pd的加标回收率在98.19%105.70%之间，表明该方法达到分析精度要求。3.10精度分析按本文的实验方法对样品进行处理后，用ICP-AES仪进行11次测定，结果如表10所示：从表10可以看出，其测量标准偏差最小达到0.0016，最大也只有0.005；相对标准偏差最低0.10%，最高为0.55%。说明按本文的实验方法所测得的钯含量是比较精确的。4结语本文将废钯炭催化剂用高温煅烧的方法除去其中的活性炭，并收集燃烧气体中的含钯微粒，采用甲酸还原氧化钯为金属，用王水溶解钯进入溶液。通过实验确定了ICP-AES的最佳测量条件为焙烧温度650、焙烧时间1h、通氧流量100mL/min、加甲酸还原、尾气回收等。采用本文确定的最佳条件，用ICP-AES测定钯的含量，结果比较精确。本文测量方法的检出限为0.0006?g/mL，样品的加标回收率为98.19%105.70%。本文分析方法测定的废钯炭催化剂中钯量与实际回收的金属量吻合，方法适用、分析速度快，适用于废钯炭催化剂样品分析，能够满足废钯炭催化剂中钯量的分析要求。参考文献1周全法，尚通明.贵金属二次资源的回收利用现状和无害化处置设想J.稀有金属材料与工程，2005，34（1）：7-11.2李慧芝，赵淑英.聚酰胺分离富集催化动力学电位法测定痕量钯J.分析科学学报，2005，21（6）：652-654.3汪效祖，张荣，沈玉蓉.催化动力学光度法测定微量钯J.分析试验室，2002，21（3）：24-26.4李慧芝，陈亚明，卢燕.分离富集动力学光度法测定痕量钯J.济南大学学报（自然科学版），2003，17（3）：271-273.5陈超，俞辉.石墨炉原子吸收法测定盐酸伐昔洛韦中钯的残留量J.中国现代应用药学，2011，28（3）：260-262.6朱良.碳钯催化剂中钯含量分析方法改进J.山西化工，2010，30（2）：47-50.7杨平平，田新娟，王辉，李波，孙宝莲.火焰原子吸收光谱法测定钯催化剂J.冶金分析，2010，（1）：58-60.8陈虹，韩权，杨晓慧，杨龙虎.双波长叠加分光光度法测定钯J