关于车用尿素中成分分析及含量测定的报告.doc

苏州市职业大学Suzhou vocational university 毕业论文（设计） 课题名称：关于车用尿素中成分及含量的检测专业及班级： 09工业分析 学 号： 094302138 姓 名： 王祥硕 指导教师： 李邦玉、金晨龙 2012年4月30号- 25 -目录摘要3引言4 1 车用尿素中尿素含量的测定52 车用尿素中碱度的测定73 车用尿素中甲醛含量的测定94 车用尿素中氯化物、碳酸盐、缩二脲的测定135 车用尿素中不溶物的检测146 用火焰原子吸收光谱法测定钠、镁、钾、钙、铬、镍、铜、锌157 检测总结18参考文献19致谢19 关于车用尿素中成分及含量的检测摘要近年来为满足国IV排放标准的要求，国内外重型柴油机厂家须根据油品质量确定尾气控制技术，其主要控制技术分为：选择性还原（SCR）技术和颗粒捕集器（DPF）技术。而选用SCR尾气控制技术的车辆必须添加尿素溶液作为催化还原剂，保证车辆尾气排放达标。车用尿素是SCR技术最重要的部分，它是利用约32.5%的尿素及纯水合成，当它未进入SCR转化器之前已被灼热的废气转化成阿摩尼亚，而阿摩尼亚与催化转化器内的氧化氮产生化学反应，转化成氮气和和水份，降低氮氧化合物及微粒的排放。为保证车用尿素的质量及相应的功能，在车用尿素出厂前需对车用尿素的成分进行分析及含量测定。本文将主要对车用尿素中所含成分的检测方法及实验步骤进行详细阐述，并报告车用尿素各项指标的检测数据。关键词：车用尿素，检测原理，测定方法，标液制备引言欧洲重型商用车界包括DAF卡车、MercedesBenz、IVECO、MAN、Renault、Volvo、Scania等为了确保能符合新的欧盟环保法规四期EURO4及五期EURO5排放标准，皆采用SCR转化器，此系统具有降低氮氧化合物及微粒的排放，以及降低油耗2种重要特性。随着环保观念的深入，近年来我国的尾气排放标准一年一个台阶。中国将于2010年起强制执行重型柴油机国排放标准。而SCR(选择性催化还原技术)技术成柴油机国标准首选技术，国内发动机生产商都开始使用 SCR 技术来达到环保要求。使用SCR技术，车用尿素则成为必须的消耗品，其组成成分为 32.5%的高纯尿素和 67.5%的去离子水。SCR 系统包括尿素罐(装载柴油机尾气处理液)，SCR 催化反应罐。SCR系统的运行过程是：当发现排气管中有氮氧化物时，尿素罐自动喷出车用尿素，车用尿素在未进入SCR转化器之前已被灼热的废气转化成阿摩尼亚，而阿摩尼亚与催化转化器内的氧化氮产生化学反应，转化成氮气和和水份，从而降低氮氧化合物及微粒的排放，同时也对全求变暖起到一定作用。如果不装载车用尿素溶液、或纯度不够、或质量伪劣，都会发生车辆发动机自动减速。同时，质量伪劣的车用尿素溶液会污染 SCR 催化反应罐中的催化剂，造成严重后果。其实在欧洲，2006 年就已经开始实施这个政策。欧洲车用尿素溶液称为 Adblue。在美国，2010 年开始，随着EPA2010 标准的实施，也全面加大了汽车尿素液的应用实施力度，在美国，车用尿素溶液称为 DEF(Diesel Exhaust Fluid)。主要代表有BlueDEF等。然而在国内，对于车用尿素溶液的生产目前尚属于新兴行业。 因此对车用尿素的成分分析与检测以确保其符合相应标准具有十分重要的意义，在本文章中将着重对车用尿素中成分分析及含量测定所使用的方法、实验步骤及试剂进行详细阐述并报告实验所有项目的检测数据。1 车用尿素中尿素含量的测定1.1 检测原理尿素CO(NH2)2是有机弱碱，Kb=1.310-14，不能满足cKb10-8弱碱直接被准确滴定的条件，可用浓硫酸将其转化为(NH4)2S04: CO(NH2) 2 + 2H2S04 = (NH4)2SO4 + CO2 + SO3 CO(NH2) 2+ H2S04 + H2O = (NH4) 2SO4 + CO2尿素CO(NH2)2经浓硫酸消化后转化为(NH4)2SO4，过量的H2SO4以甲基红作指示剂，用NaOH标准溶液滴定至溶液从红色到黄色。NH4+是一个弱酸，Ka=5.610-10，也不满足cKa10-8弱酸直接被准确滴定的条件，可用甲醛将其转化。4NH4+6HCHO=(CH2) 6N4H+3H+6H2O由于生成的(CH2)6N4H+(Ka=7.110- 6)和H+可用NaOH标准溶液滴定，滴定终点生成的(CH2) 6N4是弱碱，化学计量点时，溶液的pH值约为8.7，应选用酚酞为指示剂，溶液中有两种指示剂，在滴定前溶液为红色，滴入NaOH标准溶液后，随着溶液中氢离子的减少，颜色的变化次序为红一橙一金黄（第一次）一黄一金黄（第二次）。第一次出现金黄时未到终点，此时是指示剂甲基红的颜色变化，待过纯黄后，再出现第二次的金黄，己到终点，此时是指示剂酚酞的颜色变化在起作用。1.2 氢氧化钠标准滴定溶液的配置与标定（1）配制称取110g氢氧化钠，溶于100ml无二氧化碳的水中，摇匀，注入聚乙烯容器中，密闭放置至溶液清凉。按表1的规定，用塑料管量取上层清夜，用无二氧化碳的水稀释至1000ml，摇匀。表1 氢氧化钠标准液配置参照表NaOH标准滴定溶液浓度c(NaOH)/(mol/l)NaOH溶液的体积（V/ml）1540.5270.15.4（2）标定按表2的规定称取于105110电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾，加无二氧化碳的水溶解，加两滴酚酞指示剂（10g/l），用配制好的氢氧化钠溶液滴定至溶液称粉红色，并保持30s。同时做空白试验。表2 氢氧化钠标定参照表NaOH标准滴定溶液的浓度c（NaOH）/(mol/l)工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾的质量m/g无二氧化碳水的体积V/ml17.5800.53.6800.10.7550NaOH标准滴定溶液的浓度c(NaOH),数值以（mol/l）表示，按式计算：.式中：m邻苯二甲酸氢钾的质量的标准数值，单位为克（g）；V1氢氧化钠溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）；V2空白试验氢氧化钠溶液的体积的数值单位为毫升（ml）；M邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量的数值，单位为（g/mol）M(KHC8H4O4)=204.22。1.3 中性甲醛溶液的制备量取100ml甲醛溶液，加100ml水，摇匀，加两滴酚酞指示液（10g/l），用氢氧化钠标准滴定溶液c(NaOH)=0.1mol/l滴定至溶液呈粉红色，并保持30s。使用前制备1.4 测定方法用称样瓶称取3g（约2.8mL）样品，精确至0.0001g，置于300mL锥形瓶中，加入5mL硫酸，摇匀，瓶口置一玻璃漏斗，并使锥形瓶呈45角置于电炉上，在通风橱中，缓缓加热至无剧烈的二氧化碳气泡逸出，煮沸，使二氧化碳逸尽。当产生硫酸白烟时，停止加热，冷却。用80mL水缓缓冲洗漏斗及瓶壁，摇匀，冷却至室温，加2滴甲基红指示液（1g/L），用氢氧化钠溶液（300g/L）中和，近终点时，用氢氧化钠标准滴定溶液c(NaOH)=1mol/L滴定至溶液呈橙黄色，冷却。加40mL中性甲醛溶液，摇匀，放置5min，用氢氧化钠标准滴定溶液c(NaOH)=1mol/L滴定至溶液呈橙黄色，加5滴酚酞指示液（10g/L），继续滴定至溶液呈粉红色，并保持30s。同时做空白试验。尿素的质量分数w ，数值以“%”表示，按式计算：.V1氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；V2空白试验氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；c 氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；M 尿素摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）M (H2NCONH2)=30.03；m 样品质量的数值，单位为克（g）。1.5 数据处理（1） 氢氧化钠（1mol/l）的标定的数据表名称组别1234邻苯二甲酸氢钾的质量（g）0.00003.60433.60333.6008消耗NaOH的体积（ml）0.0117.7417.5817.60根据公式得到：（2） 氢氧化钠滴定尿素的数据表名称组别1234车用尿素的质量（g）0.00003.00912.99923.0076消耗的NaOH的体积（ml）0.0521.8021.7021.75根据公式得到：w=21.702 车用尿素中碱度的测定2.1 检测原理在指示液存在下，用盐酸标准滴定溶液滴定试样中的游离氨2.2 盐酸标准滴定溶液的配置（1）配置按表3的规定量取盐酸，注入1000ml水中，摇匀。表3 盐酸标准滴定液配置参照表HCl标准滴定溶液浓度c(HCl)/(mol/l)盐酸的体积（V/ml）1900.5450.19（2）标定按表4的规定称取于270300高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂无水碳酸钠，溶于50ml水中，加10滴溴甲酚绿-甲基红指示剂，用配好的盐酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，煮沸2分钟，冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色，同时做空白试验。表4 盐酸标定的参照表HCl标准滴定溶液浓度c(HCl)/(mol/l)工作基准试剂无水碳酸钠的质量（m/g）11.90.50.950.10.2盐酸标准滴定溶液的浓度c(HCl)，数值以（mol/l）表示，按式计算.m无水碳酸钠的质量的标准数值，单位为克（g）；V1盐酸溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）；V2空白试验盐酸溶液的体积的数值单位为毫升（ml）；M无水碳酸钠的摩尔质量的数值，单位为（g/mol）M(Na2CO3)=52.994。2.3 碱度的检测方法称取5g（约4.6mL）样品，溶于100 mL无二氧化碳的水，加2滴甲基红指示液（1g/L），用盐酸标准滴定溶液c(HCl)=0.1mol/L滴定至溶液呈红色。碱度（以NH3计）的质量分数w ，数值以“%”表示，按式计算：.式中：V1盐酸标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；V2空白试验盐酸标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；c 盐酸标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；M 氨摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol） M (NH3)=17.03；m 样品质量的数值，单位为克（g）2.4 数据处理（1）盐酸的标定的数据表名称组别1234无水碳酸钠的质量（g）0.00000.19990.20030.2001消耗盐酸的体积（ml）0.0337.7537.7837.77根据公式得c(HCl)=0.1001（mol/l）（2）盐酸滴定车用尿素中碱度的数据表名称组别1234车用尿素的质量（g）0.00004.99965.00165.0023消耗的盐酸的体积（ml）0.054.855.025.11根据公式的车用尿素的碱度 w=0.173 车用尿素中甲醛含量的测定3.1 检测原理在本文章中将通过紫外可见分光光度计对车用尿素与标准甲醛溶液的吸光度进行对比，从而确定其是否符合标准（参考标准为DB11/522-2008）。3.2 甲醛标准溶液的制备（1）甲醛的配置标定常用色谱纯级甲醛溶液：量取50ml亚硫酸钠溶液（126g/l），置于250ml锥形瓶中，加3低百里香酚酞指示剂（1g/l），用硫酸标准滴定溶液c（H2SO4）=1mol/l 滴定至无色。称取3.2g（3ml）试样，精确到0.0001g，置于上述溶液中，摇匀，用硫酸标准滴定溶液滴定至溶液有蓝色变为无色。 甲醛含量按式计算：.X甲醛的百分含量，V试样消耗硫酸标准滴定溶液的体积，mlC硫酸标准滴定溶液的浓度，mol/l0.03003与1.00ml硫酸标准滴定溶液相当的，以克表示的甲醛的质量m式样的质量则含0.01mg/ml的甲醛溶液的配置：称取M克甲醛溶液，溶于1000ml容量瓶中，用水稀释定容至刻度线。（M的具体数值为1g/X） （2）硫酸标准滴定溶液量取30ml浓硫酸缓缓注入1000ml水中,冷却摇匀。精确称取1.9g于270300高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂无水碳酸钠，溶于50ml水中，加10滴溴甲酚绿甲基红指示剂，用配置好的硫酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，煮沸2min，冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色。同时做空白试验。硫酸标准滴定溶液的浓度以摩尔每升（mol/l）表示，按式计算：.m无水碳酸钠质量的准确数值，gV1硫酸溶液的体积的数值，mlV2空白试验硫酸溶液的体积的数值，mlM无水碳酸钠的摩尔质量的数值，（g/mol）M(Na2CO3)=52.994（3）数据处理硫酸的标定的数据表名称组别1234无水碳酸钠的质量（g）0.00001.90001.90051.9006消耗硫酸的体积（ml）0.0017.9217.9717.93计算得硫酸的浓度为c（H2SO4)=0.9997mol/l甲醛含量的标定的数据表名称组别1234甲醛的质量（g）0.00003.20703.19523.2190消耗硫酸的体积（ml）0.000010.4810.3910.54由计算公式得甲醛的百分含量X=9.80，所以（1）中的M=10.2041g3.3 检测方法（1） 变色酸溶液的配制方法在500mL烧杯中，加410mL水，再加41mL硫酸，搅拌均匀，再加1.5g变色酸，搅拌溶解摇匀即可。（2）测定方法称取1.1g（约1.0mL）样品，置于 50mL容量瓶中，加10mL水，再一边搅拌，一边加入1mL变色酸溶液和20mL硫酸，放置至室温后，稀释至刻度。同时做空白试验。以空白试验溶液为参比，分别测定标准比色溶液和样品溶液的吸光度值。样品溶液的吸光度值不得大于标准比色溶液的吸光度值。标准比色溶液的制备是取含0.01mg的甲醛（HCHO）标准溶液，与样品同时同样处理。 （3） 车用尿素中甲醛吸光度表 Sample（样品）Wavelength（nm）（波长） Absorbance（吸光度）1Sample001 （1.1217g）565.000.88612Sample002 （1.1099g）565.000.81593Sample003 （1.1133g）565.000.84164Sample004 （1.1142g）565.000.9996Sample001003为车用尿素中甲醛的吸光度，Sample004为0.01mg/ml的甲醛溶液的吸光度，由此可见，样品溶液的吸光度小于标准比色溶液的吸光度值4 车用尿素中氯化物、碳酸盐、缩二脲的测定4.1 检测的原理本文采用标准比色法对车用尿素中氯化物、碳酸盐、缩二脲的含量进行定量分析。标准色法是选择适当的显色试剂与待测组分反应，形成有色化合物，然后比较或测量有色化合物的颜色深度。常用的目视比色法是标准系列法，该法采用一组由质料完全相同的玻璃制成的直径相等、体积相同的比色管，按顺序加入不同量的待测组分标准溶液，再分别加入等量的显色剂及其他辅助试剂，然后稀释至一定体积，使之成为颜色逐渐递变的标准色阶。再取一定量的待测组分溶液于一支比色管中，用同样方法显色，再稀释至相同体积，将此样品显色溶液与标准色阶的各比色管进行比较，找出颜色深度最接近于样品显色溶液的那支标准比色管，如果样品溶液的颜色介于两支相邻标准比色管颜色之间，则样品溶液浓度应为两标准比色管溶液浓度的平均值。4.2 检测方法 （1）氯化物的检测：称取25g（约22.9 mL）样品于25ml的比色管中，加1 mL硝酸溶液（50 g/L）及1 mL硝酸银溶液（17 g/L），稀释定容至25mL，摇匀，放置10min。溶液所呈浊度不得大于标准比浊溶液。标准比浊溶液的制备是取含0.005 mg的氯化物（Cl）标准溶液，与样品同时同样处理。0.005mg的氯化物标准溶液的制备：精确称取0.1g氯化钠置1000ml的容量瓶中，稀释定容，测溶液为含氯0.1mg/ml，然后用移液器移取50l于25ml比色管中，稀释定容至刻度。（2） 碳酸盐的检测：称取0.2g（约0.18mL）样品于50ml比色管中，用无二氧化碳的水稀释至40mL，加5mL饱和氢氧化钡溶液，定容至刻度，摇匀，放置3min。溶液所呈浊度不得大于标准比浊溶液。标准比浊溶液的制备是取0.4mg的二氧化碳（CO2）标准溶液，与样品同时同样处理。0.4mg的二氧化碳标准溶液的制备：精确称取0.240g于270300灼烧至恒重的无水碳酸钠，移入1000ml的容量瓶中，定容至刻度线，测溶液为含0.1mg/ml的二氧化碳标准溶液。然后移取4ml溶液于50ml比色管中，稀释定容至刻度。（3） 缩二脲的检测：称取1g（约0.9mL）样品，稀释至 10 mL。加1 mL氢氧化钠溶液c(NaOH)=1mol/L,摇匀，加0.2mL硫酸铜溶液（10g/L），摇匀，放置10min。加4mL 氢氧化钠溶液c(NaOH)=1mol/L,摇匀。溶液所呈粉红色不得深于标准比色溶液。标准比色溶液的制备是取含3.0 mg的缩二脲（C2H5N3O2）标准溶液，与样品同时同样处理。10g/ml的硫酸铜溶液的制备：称取1.00g五水合硫酸铜（CuSO4.5H2O），溶于水，加1滴硫酸，稀释至100mL。3.0mg缩二脲标准溶液的制备：称取1g缩二脲溶于水定容至1000ml的容量瓶中。此溶液汉缩二脲1mg/ml，移取3ml于比色管中，稀释定容至刻度。4.3 检测结果通过与标准溶液的比色观察，得表5结果：表5 车用尿素中氯化物、碳酸盐、缩二脲的检测数据表检测项目单位检测结果氯化物/Clmg/kg0.2碳酸盐/以CO2计%0.2缩二脲/C2H5N3O2%0.35 车用尿素中不溶物的检测5.1 检测原理用水溶解样品，将不溶物滤出，用水洗涤滤渣，使之与样品主体完全分离，烘干后可用天平称出不溶物的质量。5.2 检测方法精确称取1g样品，溶解在50ml的废水中，冷却至室温，用已在1052恒重的玻璃滤埚过滤，用热水洗涤滤渣至吸附在滤渣上的样品主题完全洗去，于1052的电烘箱中干燥至恒重。水的不溶物的质量分数w，数值以表示，按式计算. m2滤渣和玻璃滤埚质量的数值，单位为克（g）m1玻璃滤埚质量的数值，单位为克（g）m样品质量的数值，单位为克（g）5.3 数据处理检测结果（如表6）表6 车用尿素中不溶物检测数据表名称组别123样品的质量m（g）1.00251.00160.9987滤埚的质量m1（g）35.283735.361935.1534滤渣与滤埚的质量m2（g）35.291735.370935.1604水的不溶物的质量分数w/0.79800.89860.7009所以车用尿素中水的不溶物的质量分数w=0.79926 用火焰原子吸收光谱法测定钠、镁、钾、钙、铬、镍、铜、锌 铁、铝6.1 检测原理火焰原子吸收光谱法是用火焰将欲分析试样中待测元素转变为自由原子，通过测量蒸气相中该元素的基态原子对特征电磁辐射的吸收，以确定化学元素含量的方法。从光源辐射出待测元素的特征波长的光，通过火焰原子化系统产生的样品蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子吸收，在一定的试验条件下，吸光度(A)的大小与样品中待测元素的浓度关系符合光吸收定律，见式： . 式中： o入射光通量tr透射光通量K吸收系数，在一定的试验条件下为常数；L吸收程长度；C待测元素的浓度。当吸收光程的长度L与吸收系数K一定时，吸光度A与待测元素的浓度c成正比。利用此定律进行定量分析。6.2 检测方法（1） 仪器条件（如表7）表7 车用尿素中重金属检测仪器条件表测定项目光源波长（nm）火焰钠钠空心阴极灯589.0乙炔-空气镁镁空心阴极灯258.2乙炔-空气钾钾空心阴极灯766.5乙炔-空气锌锌空心阴极灯213.9乙炔-空气钙钙空心阴极灯422.7乙炔-空气铬铬空心阴极灯357.9乙炔-空气镍镍空心阴极灯232.0乙炔-空气铜铜空心阴极灯324.7乙炔-空气铁铁空心阴极灯248.3乙炔-空气铝铝空心阴极灯396.2乙炔-空气（2）量取20g样品，加1ml盐酸溶液（20），共四份。第l份不加标准溶液，第2、3、4份分别加入成比例的标准溶液，均用水或溶剂稀释至100 mL。以空白溶液调零，在规定的仪器条件下，分别测定其吸光度。以加入标准溶液的质量浓度为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制曲线，将曲线反向延长与横轴相交，交点()即为待测元素的质量浓度（图1）。待测元素在所测的质量浓度范围内应与吸光度成线性关系。待测元素标准加入的质量浓度应和样品稀释后待测元素规格点的质量浓度相当，且处于第2份和第4份范围内。待测元素的质量浓度也可根据测定的吸光度用回归方程法计算。（3） 结果计算待测元素的质量分数以w计，数值以表示，按式计算.式中：有曲线上查出被测元素质量浓度的数值，单位为微克每毫升（g/ml）V样品溶液的体积数值，单位为毫升（ml）m样品质量的数值，单位为克（g）（4） 车用尿素中重金属检测图谱图1：钠的检测图谱图2：镁的检测图谱图3：钾的检测图谱图4：锌的检测图谱图5：钙的检测图谱图6：铬的检测图谱图7：镍的检测图谱图8：铜的检测图谱图9：铁的检测图谱图10：铝的检测图谱（5）数据处理表8 车用尿素中重金属各项检测数据表检测项目仪器单位检测结果钠/NaICP-AESmg/kg7.1镁/MgICP-AESmg/kg1.