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    滑石吸附汽車(chē)尾氣中重金屬的方法研究

    2019-05-31 01:01:22吳優(yōu)王瑩劉佳寧李文翠姜楠紀(jì)博睿付玉呂勇
    應(yīng)用化工 2019年5期
    關(guān)鍵詞:每克滑石粉滑石

    吳優(yōu),王瑩,劉佳寧,李文翠,姜楠,紀(jì)博睿,付玉,呂勇

    (沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110034)

    重金屬是大氣主要污染成分之一,對(duì)人類健康有極大的威脅。汽車(chē)尾氣中重金屬濃度雖低,可無(wú)奈汽車(chē)基數(shù)龐大,使其仍對(duì)環(huán)境有巨大影響。因此,去除汽車(chē)尾氣中重金屬對(duì)人類有著重大的意義[1-2]。

    現(xiàn)階段滑石價(jià)格低廉[3-4],性質(zhì)穩(wěn)定,吸附力強(qiáng)[5],可作為吸附劑。國(guó)內(nèi)外對(duì)于氣體中重金屬的去除的研究很少[6-9]。王金玉等用石墨烯吸附尾氣中重金屬,造價(jià)太高,無(wú)法實(shí)現(xiàn)普及[10]。

    本文采用滑石粉在汽車(chē)怠速狀態(tài)下吸附尾氣中重金屬,使用多種方法消解滑石粉,以ICP-MS法測(cè)定重金屬的含量,對(duì)其吸附效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[11-14]。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 試劑與儀器

    滑石粉、活性炭過(guò)濾棉均為工業(yè)級(jí);硝酸、氫氟酸、鹽酸均為優(yōu)級(jí)純。

    7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀;10200 A-TYPE超聲清洗器;Airum611di超純水器;Multiwave Pro 微波消解儀;Ultima Ⅳ X射線衍射儀。

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    圓柱形紙筒內(nèi)充入5.0 g滑石粉和活性炭過(guò)濾棉,兩端用濾網(wǎng)封住,在汽車(chē)怠速狀態(tài)下,將裝置安裝在汽車(chē)排氣筒口,進(jìn)行尾氣過(guò)濾(日產(chǎn)天籟汽車(chē),排氣量2.0 L)。過(guò)濾尾氣后的滑石粉0.100 0 g(平行3次)采用不同方法進(jìn)行消解,利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析,吸附后與吸附前差值,即為吸附量。因?yàn)闊o(wú)法直接測(cè)定尾氣中重金屬的含量,本研究采用將汽車(chē)尾氣直接通入硝酸的方法,用硝酸相同時(shí)間吸收尾氣中重金屬的量作為尾氣中重金屬的參考總量,得到各元素的吸附率。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 滑石粉的消解方法

    滑石化學(xué)成分比較穩(wěn)定,其中含有大量的SiO2,因此很難被消解。使用不同的方法分別對(duì)滑石粉進(jìn)行消解,結(jié)果見(jiàn)表1。

    表1 滑石粉不同方法消解效果

    注:-為未加入。

    由表1可知,簡(jiǎn)單增加HF加入量和消解時(shí)間(實(shí)驗(yàn) 1、實(shí)驗(yàn) 2)無(wú)法完全消解,由于滑石粉的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及大量SiO2沒(méi)有完全溶解,增加預(yù)消解過(guò)程,且不斷增加加酸量(實(shí)驗(yàn)3~實(shí)驗(yàn) 6),也不能完全消解滑石粉,其中MgO容易被消解,則沉淀依然為SiO2。加入HF充分反應(yīng)后加熱,使其完全蒸發(fā),使SiO2完全反應(yīng)生成SiF4氣體并離開(kāi)體系,加入3 mL HF就足夠消解0.1 g樣品,并添加5 mL HNO3和1 mL HCl,使其完全消解(實(shí)驗(yàn)7、實(shí)驗(yàn) 8)。

    2.2 滑石粉對(duì)汽車(chē)尾氣中重金屬吸附性

    按3因素3水平(見(jiàn)表 2)安排實(shí)驗(yàn),Ba吸附量為評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)果見(jiàn)表 3。

    表2 因素與水平

    注:+為有活性炭過(guò)濾棉,-為無(wú)活性炭過(guò)濾棉。

    表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    由表3可知,對(duì)吸附的影響B(tài)>A≈C,最佳吸附條件為A2B3C2,即滑石粉5 g,吸附時(shí)間10 min,有活性炭過(guò)濾棉。對(duì)此條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表 4。

    表4 滑石粉對(duì)各元素的吸附量和吸附率

    由表4可知,在滑石與活性炭過(guò)濾棉的共同作用下,裝置對(duì)汽車(chē)尾氣中重金屬有一定的吸附性。其中對(duì)鋅吸附效果最佳,10 min每克滑石可吸附15.21 μg,吸附率73.16%;對(duì)于汽油中最常見(jiàn)的重金屬鉛,每克滑石可吸附0.87 μg?;部晌戒^,每克滑石可吸附11.59 μg,吸附率為63.85%,可能是汽車(chē)尾氣中含有鋇的量相對(duì)較多?;瘜?duì)鉻也有一定的吸附能力,每克滑石10 min可吸附8.81 μg。鎳和銅雖然對(duì)人體近乎無(wú)毒,但在工業(yè)上被列為重金屬。每克滑石10 min對(duì)鎳的吸附量為5.91 μg,對(duì)銅的吸附量為2.06 μg,吸附效果良好。滑石對(duì)鎘的吸附效果非常微弱,每克滑石10 min對(duì)其的吸附量?jī)H為0.03 μg,吸附效果不佳。

    2.3 方法的檢測(cè)限

    檢測(cè)限一般指重復(fù)10次測(cè)定空白樣品得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍。測(cè)定前,建立對(duì)各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線,各元素的相關(guān)系數(shù)和檢測(cè)限見(jiàn)表 5。

    表5 相關(guān)系數(shù)和檢出限

    由表 5可知,各元素的檢測(cè)限在0.004 0~ 0.383 0 μg/L之間,相關(guān)系數(shù)均在0.999 5~1.000 0 之間,線性關(guān)系良好。

    3 結(jié)論

    在汽車(chē)怠速狀態(tài)下,滑石粉吸附汽車(chē)中重金屬的最佳吸附條件為:滑石粉5 g,吸附時(shí)間10 min,有活性炭過(guò)濾棉。在此條件下,滑石粉對(duì)汽車(chē)尾氣中Pb、Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Ba 7種元素的吸附量在0.03~15.21 μg/g之間,吸附率在5.02%~73.16%之間。滑石可作為汽車(chē)尾氣吸附劑。

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