一種廢膠粒重金屬測定中最佳的消化方法
2023-05-04 05:43:41 3
專利名稱：一種廢膠粒重金屬測定中最佳的消化方法
技術領域：
本發明屬於環境保護技術領域，涉及廢膠粒的合理、安全使用方法。更具體的說是一種廢膠粒重金屬測定中最佳的消化方法。
背景技術：
廢舊橡膠是指被更換下來的各種橡膠製品以及橡膠製品生產中產生的邊角料和廢料等。其中大部分因被視為「工業垃圾」而成為廢物。不但汙染空氣，而且汙染土壤，同時易釀成嚴重的火災。對這些廢橡膠的處理，在20世紀90年代初，主要是掩埋或堆放。隨後，由於廢橡膠數量不斷增加，人們環保與資源再利用意識逐漸增強以及掩埋越來越受到限制等原因，廢橡膠的利用日益受到重視，現已發展成為一種熱門的稱之為「E產業」(即環保產業，因英語中環保一詞是以字母「E」開頭的新型產業)
發達國家對廢舊橡膠的利用很重視。隨著經濟發展和人們生活水平的提高，世界橡膠消耗量不斷增長，1995年為1552萬噸，到1999年升為1679萬噸，2004年已達1950萬噸。 同時廢舊橡膠產生量也隨之增多。為減少環境汙染、消除因堆積廢輪胎而釀成嚴重火災隱患，世界各國紛紛開始利用廢舊橡膠資源以培育新型產業，並為社會提供更多的就業機會。 為了促進廢舊橡膠利用率的提高，橡膠界科學技術人員及其相關部門已將廢舊橡膠利用列為熱門研究課題之一。我國廢舊橡膠產生量，近年來估計大約可達150萬噸，而利用率僅為45%左右。由於國內橡膠消耗量增長較快，因此如不儘快提高廢舊橡膠利用率，我們的廢舊橡膠積存量就會越來越多，這是急需解決的環保大問題。經查閱相關資料，近幾年，我國廢舊橡膠的利用量發展很快，但再生膠仍然是我國廢膠料利用的主要途徑，精細膠粉和輪胎翻修有待於進一步發展。人們在一定時期內把再生橡膠生產認為是一種非常有效的方法，因此再生橡膠生產也成為廢舊橡膠處理的主要方式。但是由於再生膠生產能耗大，生產中產生的噪音、 臭味及廢水對環境的二次汙染等問題長期無法有效的解決，人類在現代生活中對環境質量提高的要求和日益嚴重的環境汙染形成越來越嚴重的矛盾。再加上由於世界經濟的高速增長，廢橡膠價格的上漲及其它有關因素，致使再生膠的優越性不斷淡化，再生膠汙染嚴重的負面影響不斷加大。我國再生橡膠生產雖然佔廢舊橡膠再生利用的主導地位，但整個行業的經濟效益狀況極不合理。根據世界經濟發展的規律，對我國再生膠行業發展的方向和出路儘快做出根本性的調整，廢舊膠粒的生產和應用是最有希望的方式之一，應加大應用開發的力度。目前，我國科技人員已經在廢舊橡膠的有效利用上做出了突出的貢獻，如利用廢舊橡膠鋪設塑膠跑道，製造隔音壁，作為鋪路材料等等。這些都是較好綜合利用的途徑，不但將廢舊橡膠進行利用，而且還起到了保護環境的作用。目前，用廢舊橡膠粒鋪設草坪的設想也是一種廢舊橡膠綜合利用的有效途徑。運動場草坪主要應用於足球比賽中，由於長期被踩踏，影響草坪草的生長，很容易失去原有的彈性。以前，多採用修整或者重鋪草坪的方法。雖然有一定效果，但造成了時間和資金上的浪費。若採用在土壤中摻入一定量的廢舊橡膠粒，不但可以減少對草坪的修整次數，降低資金消耗，同時在不影響草坪的正常生長的前提下，保持草坪的彈性。目前，由於廢舊膠粒中主要成分是硫氫化物及一些重金屬元素，將其摻入土壤中是否會對環境產生影響，我們還不得而知。因此，需要對廢舊橡膠進行樣品預處理，能快速測定其中重金屬元素含量則是一項十分有益的工作。有機樣品預處理有兩種方法，他們是溼法消化和幹法消化，兩者各有優點。
發明內容
本發明在試驗中分別用這兩種消化方法對廢膠粒進行預處理，用正交試驗進行分析研究、對比，並通過ICP的檢測，從而找出一種可行的樣品預處理方法。本發明提供如下的技術方案
一種廢膠粒重金屬測定中最佳的消化方法，其特徵在於包括溼法和幹法測定，其中溼法按如下的步驟進行
(1)準確稱取粒徑0.5-lmm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置於小燒杯中，各加入混酸 6-10ml，在180-200°C左右的電熱板上加熱消化1_2小時，放冷，得到澄清的溶液；
(2)將上述消化溶液的多餘酸蒸乾，冷卻至室溫，加入0.5ml濃HNO3,溶解後用去離子水轉移至IOml比色管中定容，用ICP-AES對重金屬含量進行測定；所述的混酸由HN03、HClO4 和H2SO4組成
幹法測定
(1)初步試驗
準確稱取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右兩份，分別置於瓷坩堝中，置於馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時，觀察其效果；
(2)正交試驗
在初步試驗的基礎上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時間、酸的種類為主要因素，設計三因素三水平表L9 (33)進行正交試驗；
(3)準確稱取0.2g試樣9份，置於瓷坩堝內，進行試驗。本發明所述方法，其中混酸HN03、HClO4和H2SO4的重量體積比為HN03: :H2S0 = 1 1 :4，消化時間為1小時，溫度控制在190°Co本發明所述方法，其中廢舊膠粒的四種不同力度膠粒分別為0. 5-lmm，l-2mm， 2-4mm 或 4_6mm。
具體實施例方式為了簡單和清楚的目的，下文恰當的省略了公知技術的描述，以免那些不必要的細節影響對本技術方案的描述。以下結合較佳實施例，對本發明做進一步的描述。實施例1準確稱取粒徑0. 5mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置於小燒杯中，各加入混酸6ml，在 180°C左右的電熱板上加熱消化1小時，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多餘酸蒸乾，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解後用去離子水轉移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對重金屬含量進行測定，ZnO經消化試樣可測得其含量。其次，Fe的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由而03、抝104和H2SO4 = 1 1 :4。通過溼法消化，採用 ICP-AES對重金屬含量進行測定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。回收率為 95%。實施例2
準確稱取粒徑2mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置於小燒杯中，各加入混酸10ml，在 190°C左右的電熱板上加熱消化1小時，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多餘酸蒸乾，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解後用去離子水轉移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對重金屬含量進行測定，ZnO經消化試樣可測得其含量。其次，Fe的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由而03、抝104和H2SO4 = 1 1 :4。通過溼法消化，採用 ICP-AES對重金屬含量進行測定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。回收率為 101%。實施例3
準確稱取粒徑4mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置於小燒杯中，各加入混酸10ml，在 180°C左右的電熱板上加熱消化1小時，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多餘酸蒸乾，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解後用去離子水轉移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對重金屬含量進行測定，ZnO經消化試樣可測得其含量。其次，Fe的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由HN03、HC10jP H2SO4 = 1 1 :4。通過溼法消化，採用 ICP-AES對重金屬含量進行測定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。回收率為 99%。實施例4
儀器ICP-AES，分析天平，可控溫電熱板，馬弗爐，坩堝，IOml比色管，移液管試劑HClO4, HNO3, H2SO4, HCl，H2O2 (均為分析純)
試樣廢舊膠粒(四種不同力度的膠粒，分別為0. 5-lmm，l-2mm，2-4mm，4-6mm。實驗方法
(1)將所有玻璃儀器洗淨。用ι :3的HN03溶液浸泡48小時後，取出，先用蒸餾水衝洗， 再用去離子水衝洗2-3遍，洗淨待用。(2)將瓷坩堝洗淨。用1 :4的HCl溶液煮沸1個小時，取出，冷卻，依次用蒸餾水和去離子水衝洗2-3遍，洗淨。將其放入烘箱內烘乾，再轉移至馬弗爐中灼燒至恆重，待用。(3)溼法消化法亦稱溼灰化法，即用強氧化性酸或強氧化劑的氧化作用破壞有機試樣，使待測元素以可溶形式存在。測定方法
(1)混酸種類的選擇
準確稱取0. 5-lmm的廢舊膠粒試樣0. 2g左右25份，分別置於小燒杯中，各加入混酸 6ml，在180-200°C左右的電熱板上加熱消化1小時，觀察現象。混酸依次為HC1_ HNO3,1 1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ；HNO3-HCIO4,1 :1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ；HNO3-H2O2,1 :1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ； HNO3-HCIO4-H2SO4, 1 1 :1、1 1 :2、1 1 :3、1 1 :4、1 2 1、1 3 :1、1 4 :1、2 1 :1、3 1 :1、4 1 :1。(2)正交試驗
在混酸選擇的基礎上，確定以HN03、HC104和H2SO4混合酸為消解液，進一步到消化時間、 消化溫度的研究，從而確定一種最佳的消化方法。以混酸比例、消化時間、消化溫度三個因素，設計三因素三水平表L9 (33)，見表1。準確稱取0. 5-lmm膠粒試樣0. 2g左右9份，分別置於小燒杯，進行試驗。
(3)在最佳實驗條件下對不同粒度的廢膠粒進行消化試驗
準確稱取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右，同時每組做一份平行實驗。按照最佳實驗條件進行消解試驗。(4) ICP-AES法對重金屬元素含量的測定
將上述消化溶液的多餘酸蒸乾，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3,溶解後用去離子水轉移至IOml比色管中定容，用ICP-AES對重金屬含量進行測定。實施例4 幹法消化測定原理
幹法灰化法是利用熱能分解試樣，使待測元素成可溶狀態的預處理方法。(1)初步試驗
準確稱取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右兩份，分別置於瓷坩堝中，置於馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時，觀察其效果。(2)正交試驗
在初步試驗的基礎上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時間、酸的種類為主要因素，設計三因素三水平表L9 (33)進行正交試驗，見表2。準確稱取0. 2g左右試樣9份，置於瓷坩堝內，進行試驗。
權利要求
1.一種廢膠粒中重金屬測定的消化方法，其特徵在於按如下的步驟進行(1)初步試驗準確稱取4種不同粒度的膠粒各0. 2g兩份，分別置於瓷坩堝中，置於馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時，觀察其效果；(2)正交試驗在初步試驗的基礎上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時間、酸的種類為主要因素，設計三因素三水平表L9 (33)進行正交試驗；(3)準確稱取0.2g試樣9份，置於瓷坩堝內，進行試驗。
2.權利要求1所述的消化方法，其中廢舊膠粒的膠粒分別為0.5-lmm, l_2mm，2_4mm或 4-6mm。
全文摘要
本發明涉及廢膠粒重金屬測定中最佳消化方法，通過對廢膠粒樣品不同的消化液體系、消化溫度、消化時間及高溫灰化等條件進行正交試驗的研究，並採用ICP-AES對樣品中的重金屬元素的含量進行測定，從而找出一種可行的廢膠粒樣品的消化方法。試驗結果表明，用1∶1∶4的HNO3-HClO4-H2SO4，消解溫度為190℃，消解時間為1小時，能使樣品得到最完全、最充分的分解。此方法準確、靈敏、快速。
文檔編號G01N1/28GK102183392SQ20111004402
公開日2011年9月14日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者多立安, 趙樹蘭 申請人:天津師範大學