车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨

车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨 车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨 化学工程师 ChemicalEngineer2011年第6期 科 研. :与: 开 发 文章编号:1002—1124(2011)06—0011-03 车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨木 吴敦飞,陆克平 (中国石油化工股份有限公司安庆分公司检验中心.安徽安庆246002) 摘要:从尿素,水质,试剂及所用容器,探讨了安庆分公司车用尿素溶液配制试验中钙含量超标原因, 并采用离子色谱法(Ic)比对了ISO22241推荐的电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)结果,优化了ICP尿素 预处理条件.结果表明,配制溶液所选用的化肥去离子(脱盐)水ca+本底过高是主要原因,样品预处理采用 优级纯HC1试剂及石英玻璃器皿是ICP准确测定尿素溶液微量钙等1O种金属离子的较佳选择,尿素本身符 合生产车用尿素溶液标准的要求. 关键词:车用尿素;Ca";电感耦合等离子体发射光谱;离子色谱 中图分类号:TQ441.41文献标识:A Studyonthereasonsoutofstandardfortracecalciumioninautomobileureasolution WUDun—fei.LUKe—ping (InspectionCenter,AnqingBranch,ChinaPetroleumandChemicalCorporation,Anqing24 6002,China) Abstracts:Theoutofstandardreasonsofthecontentofcalciuminpreparationtestofaqueousureasolutionfor motorvehiclewereexploredinaspectsofurea,water,reagentsandcontainers.Theresultsofinductivelycoupled plasmaatomicemissionspectrometry(ICP)rec0mmendedbyISO22241werecomparedbyuseofionchromatogra— phy(IC),andtheICPureapretreatmentconditionswereoptimized.Theresultsshowedthatureaitselfisconsistent withtherequirementsofthestandardthatwasusedtoproduceaqueousureasolutionformotorvehicle.Thecontent ofcalciumindeionizedwaterwhichwasselectedtomixsolutionwasonthehighside.Samplepretreatmentusing superiorgradeofpurehydrochloricacidandquartzvesselwasthebetterchoicetoaccuratelymeasuretenkindsof tracemetalioninureasolutionbytCP.TheresultsdetectedbyICandICPwerenosignificantdifference. Keywords:automobileurea;ealcimnion;inductivelycoupledplasma-atomemissionspectrometry;ion chromatography 为保证车辆尾气达到国?排放标准要求【l11,利 用尿素溶液在发动机高温尾气气化后产生的NH,, 作柴油机动车辆尾气选择性催化还原(SCR)的还原 剂,从而使发动机尾气的氮氧化物(NO)在SCR反 应器中,转化为无害的水蒸汽和N,减少尾气排放 的NO和颗粒物(PM).由于金属离子(钙,铁,铜, 锌,铬,镍,镁,钠,钾,铝)可以使SCR催化剂中毒失 活和降低NO的转化率,生产车用尿素溶液,最主 要的是要控制金属离子的含量.按照ISO22241标 准,要求不大于0.20IXg?mL或0.50IXg?fill_,-'.目 前,国内金属离子也均是参照ISO222:41,用 ICP分析;中国石化股份公司安庆分公司在车用尿 素溶液试制过程中,分析测试发现ca超过0.50g? mL标准,高达2.08g?mL,.为检验数据的准确 性,从固体尿素,配制尿素溶液的水质,分析测试用 的试剂及容器,不同分析方法的比对等方面,我们 对Ca超标原因进了探讨.结果表明,安庆分公司 的尿素颗粒中10种金属离子含量均符合ISO 22241标准质量指标要求;但配制车用尿素溶液所 选用的去离子(脱盐)水ca含量偏高,需要进一步 除去离子方能适用;离子色谱直接进样分析车用素 溶液中的Ca,无须另加试剂,简便,干扰少;通过数 据比对,两种检测结果无显着性差异,优化了 ICP—OES测定10种金属离子预处理条件,认为优 级纯盐酸较ISO22241标准方法首推的硝酸干扰小 及石英器皿是ICP准确测定尿素溶液l0种微量金 属离子的较佳选择.现已用于实际样品的测定和指 导车用尿素溶液的试验. 1实验部分 差苎旱:化股公4,3)..一,.一1.1试剂作者简介.'男墒级]二币'主要从事石洲七_研究 酸(MsA),HNn'ty3,Hcl为优级纯,购自国与技术管理. I.职暇\儿?,l/I儿张;D'口' l2吴敦飞等:车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨2011年第06期 药集团;1000g?mL钙元素标准溶液(国家标准 物质中心);超纯水(电阻18.2MQ). 1.2仪器及工作条件 美国戴安公司DX一500型离子色谱仪;电导检 测器;CSRS阳离子抑制器,外加酸模式(再生: 50retool?L—HzSO4);IonPacCS12A阳离子色谱柱(淋 洗液为20mmol?甲烷磺酸,流速:1.00mL?rain,,进 样体积25L). 美国热电公司IRISAdvantagel000ICP—OES; THERMOSPEC工作站;无机进样系统(雾化器压力 103.43kPa,功率1150W,辅助气流量1.5L?min一,高 波积分时间5s,低波积分时问10s,蠕动泵速100r? min,,分析谱线317.93nm,车用尿素溶液预处理, 匀质化后进样. Milli—Q超纯水机;具有抽气功能的马弗炉;加 热板(要求表面温度可达500~C);石英玻璃器皿和 塑料器皿等一般实验室器材. 1.3样品前处理 在石英器皿中称量100?0.1g的车用尿素溶 液,或取尿素(颗粒)约32g,配制成为32.5-4-0.7% (m/m)的尿素水溶液,按ISO22241步骤进行浓缩, 炭化和完全灰化后,取出,冷却到室温,用5mL的 HNO(浓度不小于65%,m/m)或HCI(浓度不小于 37%,rrdm)~J1]上20mL水,在加热下,使残渣完全溶 解.把溶解后的溶液转移到100mL的容量瓶中,待 容量瓶冷却到室温后,加水至刻度,摇匀,直接用于 ICP—OES的包括钙等10种金属离子的测定.其中, 成品尿素颗粒用不同水质,不同试剂和容器按 ISO22241标准方法要求分析测定,部分指标用Ic 方法比对. 2结果与讨论 2.1不同方法结果比较 国内没有车用尿素溶液检验行业标准,北京市 地方标准和深圳地方标准草案与ISO22241分析方 法等效,金属离子测定采用ICP方法.为保证ICP 操作条件和仪器状态没有问题,用IC法和1.2节两 种仪器的测定条件,对同一车用尿素溶液样品进行 比对,结果见表1. 表1ICP法与Ic法测定车用尿素中ca结果(mg?kg一) Tab.1ComparativeresultofcalciumioninAutomobileurea solutiondetectedbyICandICP(mg?kg) 从表1可知,两种方法结果有较好的一致性, 表明了ICP参照ISO22241要求设置的测定条件是 可信可靠的,测定结果超过指标与所用仪器方法设 置无关. 2.2不同水质结果比较 安庆分公司试制的车用尿素溶液在与进口的 车用尿素,北京市场的国产车用尿素的车用尿素溶 液均由化肥去离子(脱盐)水配制,用ICP进行金属 离子比对分析时发现,Ca2含量均超标准,分别相应 为2.08,1.56,2.60mg?kg;安庆分公司的产品Ca2+ 结果介于二者之间,而后两种车用尿素均为合格产 品,因此,从配制溶液的水质探讨Ca2+含量均超标 准原因. 表2水中Ca"的检测结果 Tab.2ContentofcalciumioninwaterdetectedbyICP 去离子水二次蒸馏水 A,10OraLB,300mLA,100mLB,30OraL Ca2+瘦/mg?kg-0.870.952.792.680.030.020.10O.09 表2中,去离子水中ca含量较高,为0.9mg- kg左右,将去离子水300mL浓缩定容100mL后, Ca2+含量也相应成比例增加;而100mL二次蒸馏水 中Ca2+不大于0.10mg?kg,,表明现阶段的去离子水 做车用尿素溶液的溶剂还需进一步去除ca2+. 2-3不同试剂结果比较 ISO22241标准1CP方法建议首选HNO,试验 中发现HNO.的ca2+本底值较高.用优级纯HNO (国药集团,批号:T20080601)和优级纯HC1(国药集 团,批号:T20070307)进行了比对,先在石英蒸发皿 上浓缩,再灰化用二次蒸馏水定容至100mL,结果 见表3. 表3两种酸中Ca2~2~5底值 Tab.3Contentofcalciumintwoacids 由表3可知,同等条件下HCICa本底值较低. 从调节溶液pH值的角度,HC1作为样品前处理溶 液组成部分比HNO,更合适.为了减少误差,后面试 2011年第o6期吴敦飞等:车用尿素溶液中钙含量超标原因探讨 验均使用HC1对样品进行酸化处理. 2.4不同材质器皿结果比较 进一步比较了普通玻璃蒸发皿,移液管等器皿 可能带来微量金属离子分析误差,特别是ca2+的影 响.取尿素(颗粒)32g,加78g超纯水定容至100mL, 分别以石英玻璃和普通玻璃器皿热溶处理,然后进 行检测,结果表4. 表4石英器皿与普通玻璃器皿对Ca的检测影响 Tab.4Detectingeffectofquartzvesselandglassvessel 由表4可见,普通玻璃器皿对车用尿素溶液中 ca+的影响显着,使合格的ca:含量超标,同时也提 高了Al与Na含量,石英玻璃则没有这种异常. IS022241也推荐的车用尿素溶液贮存容器的材料 如奥氏合金,不含添加剂的聚四氟乙烯,不含添加 剂的聚乙烯和不含添加剂的聚丙烯等. 将安庆分公司生产的尿素与二次蒸馏水配成 车用尿素溶液,分次送北京市理化测试中心分析, 石英器皿前处理,10种金属离子含量均合格,其中 Ca2+含量为0.05,0.15mg?kg,,结果如表4所示,表 明安庆分公司生产的尿素中金属离子含量均符合 车用尿素溶液标准的质量指标要求. 3结论 安庆分公司生产的尿素ca含量符合车用尿 素溶液标准的质量指标要求,导致尿素ca分析结 果超标或偏高主要因素是现阶段的去离子水Ca 本底值过高;其次用HC1作为样品前处理溶液组成 部分比HNO的ca本底值低;普通玻璃器皿Ca2+ 本底值与石英器皿相差显着,而且影响对Al与 Na含量的检测;本探讨对车用尿素溶液正确配制 和准确测定有一定的实用价值. 参考文献 l1jM.KIimczak,P.Kern.T.Heinzelmann.M.Lacas.andP.Claus.High—thr oughputstudyoftheeffectsofinorganicadditivesandpoisonson NH3-SCRcatalysts-PartI:V20WOdTiO2catalysts[Jj.Applied CatalysisB:Environmenta1.2010.95(1-2):39—47. [2]陶建忠.利用选择性催化还原反应(SCR)降低车用柴油机氮氧 化物的技术研究[D].山东大学,2008.4. (上接第10页) 体结构; (2)当H:O/TEnS摩尔比小于或等于4时,形成 凝胶的时间较短,2,4时最佳,大于4时,形成凝胶的 时间变长;随着乙醇含量的增加,凝胶化时间增加; HC1:NH?H:O=1时,凝胶透明度较好;pH值大于2 小于7时,pH值增大,体系凝胶时间变短; (3)随着热处理温度的升高,干胶表面裂纹趋 于增多,防裂剂甲酰胺的加入可在一定程度上缓解 和阻止sin干胶微裂纹的形成.最佳工艺条件下 (热处理温度为75qC时),可以在较短时间内获得防 裂性能优良的sin干胶. 参考文献 [1]李西林.浅析光纤光缆与通信电缆技术的发展现状[J].科技创 新导报,2010,(24). 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