硝酸鉑制備工藝研究

摘要：試驗采用王水溶解海綿鉑，然后加入鹽酸趕硝，添加氫氧化鈉溶液進行絡(luò)合，緩慢滴加硝酸，得到六羥基合鉑酸，沉淀過濾并洗滌，最后采用硝酸溶解六羥基合鉑酸，制備高純的硝酸鉑溶液。其間開展條件試驗，明確六羥基合鉑酸合成和溶解的最佳條件。氯鉑酸濃度為45 g/L，氫氧化鈉添加量為海綿鉑質(zhì)量的1.8倍，反應(yīng)終點pH為5.5，反應(yīng)溫度為80 ℃時，鉑的利用率可超過99%，六羥基合鉑酸合成效果最好。硝酸用量為理論量的1.3倍，溶解溫度為50 ℃，溶解時間為6 h時，六羥基合鉑酸溶解效果最好。經(jīng)檢測，制備的硝酸鉑溶液中，鉑含量為15.86%，同時雜質(zhì)含量符合相關(guān)行業(yè)標準。

關(guān)鍵詞：硝酸鉑；制備；海綿鉑；六羥基合鉑酸；合成；溶解

中圖分類號：TQ111.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.010

Research on the Preparation Process of Platinum Nitrate

WU Zuxuan， LIU Guiqing， ZHANG Fan， WANG Fang， ZHANG Jinchi

（Jiangsu BGRIMM Metal Recycling Science amp; Technology Co.， Ltd.， Xuzhou 221121， China）

Abstract： The aqua regia is used to dissolve sponge platinum， then hydrochloric acid is added to remove nitrate， sodium hydroxide solution is added for complexation， nitric acid is slowly added dropwise to obtain hexahydroxyplatinic acid， and the precipitation is filtered and washed， finally， nitric acid is used to dissolve hexahydroxyplatinic acid to prepare high-purity platinum nitrate solution in this experiment. During this period， conditional experiments are conducted to clarify the optimal conditions for the synthesis and dissolution of hexahydroxyplatinic acid. When the concentration of chloroplatinic acid is 45 g/L， the amount of sodium hydroxide added is 1.8 times the mass of sponge platinum， the endpoint pH of the reaction is 5.5， and the reaction temperature is 80 ℃， the utilization rate of platinum can exceed 99%， and the synthesis effect of hexahydroxyplatinic acid is the best. When the amount of nitric acid used is 1.3 times the theoretical amount， the dissolution temperature is 50 ℃， and the dissolution time is 6 h， the dissolution effect of hexahydroxyplatinic acid is the best. After testing， the platinum content in the prepared platinum nitrate solution is 15.86%， and the impurity content meets relevant industry standards.

Keywords： platinum nitrate; preparation; sponge platinum; hexahydroxyplatinic acid; synthesis; dissolution

隨著機動車數(shù)量的不斷增長，為保證空氣環(huán)境健康，機動車尾氣的排放標準日益提高[1]。機動車排氣系統(tǒng)安裝尾氣凈化器，可將尾氣中的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和顆粒物等有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳和氮氣[2]。尾氣凈化器通常使用蜂窩狀的無機材料，以堇青石或金屬為載體，承載微量的貴金屬作為活性成分[3]。硝酸鉑不含堿金屬和氯離子，已成為制備此類負載型鉑催化劑的良好前驅(qū)體[4]。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑主要有5種，即海綿鉑、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉溶液和去離子水。其中，海綿鉑純度為99.95%。試驗儀器主要有燒杯、藥匙、量筒、移液管、酒精燈和電子天平等。

1.2 試驗方法

使用海綿鉑制備硝酸鉑產(chǎn)品，制備工藝路線如圖1所示。海綿鉑通過王水（濃鹽酸與濃硝酸的體積比3∶1）溶解、趕硝后得到氯鉑酸溶液（H2PtCl6），氯鉑酸溶液與氫氧化鈉溶液絡(luò)合反應(yīng)，生成粗六羥基合鉑酸鈉（Na2Pt（OH）6），添加硝酸調(diào)節(jié)pH，水解得到六羥基合鉑酸（H2Pt（OH）6），考察不同條件下海綿鉑的利用率，以此反映六羥基合鉑酸的合成效果。最后，使用硝酸直接溶解六羥基合鉑酸，得到高純的硝酸鉑溶液。

2 結(jié)果與分析

2.1 六羥基合鉑酸合成試驗

取10 g海綿鉑置于容積100 mL的燒杯中，向燒杯內(nèi)依次加入30 mL鹽酸和10 mL硝酸，然后加熱。待燒杯內(nèi)海綿鉑完全溶解后，將體積濃縮至小于20 mL的水平，然后加入鹽酸趕硝。趕硝結(jié)束后，加入去離子水，直至溶液體積達到40 mL，然后將體積濃縮至小于20 mL的水平，再次補加去離子水，反復(fù)3次。將氫氧化鈉加入制備好的氯鉑酸溶液中，攪拌，生成Na2Pt（OH）6，緩慢滴加硝酸至溶液內(nèi)，得到H2Pt（OH）6，沉淀過濾并洗滌，主要反應(yīng)如式（1）和式（2）所示。分別考察不同氯鉑酸濃度、氫氧化鈉添加量、反應(yīng)終點pH和反應(yīng)溫度下的海綿鉑利用率，以此反映六羥基合鉑酸的合成效果。海綿鉑利用率采用式（3）進行計算。

H2PtCl6+8NaOH=Na2Pt（OH）6+6NaCl+2H2O（1）

Na2Pt（OH）6+2HNO3=H2Pt（OH）6+2NaNO3（2）

β=?m/mPt×100%（3）

式中：β為海綿鉑利用率，%；?m為原始海綿鉑與沉淀濾液含鉑的質(zhì)量差，g；mPt為原始海綿鉑質(zhì)量，g。

2.1.1 氯鉑酸濃度對六羥基合鉑酸合成效果的影響

選取濃度分別為30 g/L、45 g/L、60 g/L、75 g/L和90 g/L的氯鉑酸溶液，將海綿鉑質(zhì)量1.8倍的氫氧化鈉加入制備好的氯鉑酸溶液中，攪拌，反應(yīng)生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃溫度下緩慢滴加硝酸至溶液內(nèi)，將溶液體系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀過濾并洗滌。氯鉑酸濃度對六羥基合鉑酸合成效果的影響如表1所示。數(shù)據(jù)顯示，隨著氯鉑酸濃度的降低，鉑利用率先逐漸升高，后趨于平穩(wěn)。當氯鉑酸濃度為90 g/L時，鉑利用率僅為67.24%，氯鉑酸濃度分別為45 g/L和30 g/L時，鉑利用率均接近90%。由此可知，氯鉑酸濃度過高不利于六羥基合鉑酸沉淀，為控制溶液體積，氯鉑酸濃度取45 g/L。

2.1.2 氫氧化鈉添加量對六羥基合鉑酸合成效果的影響

選取濃度為45 g/L的氯鉑酸溶液，分別將海綿鉑質(zhì)量1.0倍、1.4倍、1.8倍、2.2倍和2.6倍的氫氧化鈉加入制備好的氯鉑酸溶液中，攪拌，反應(yīng)生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃溫度下緩慢滴加硝酸至溶液內(nèi)，將溶液體系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀過濾并洗滌。氫氧化鈉添加量對六羥基合鉑酸合成效果的影響如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，隨著氫氧化鈉添加量的增加，鉑利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當氫氧化鈉添加量為海綿鉑質(zhì)量的1.8倍時，鉑利用率最高，接近90%，因此確定氫氧化鈉添加量為海綿鉑質(zhì)量的1.8倍。

2.1.3 反應(yīng)終點pH對六羥基合鉑酸合成效果的影響

選取濃度為45 g/L的氯鉑酸溶液，將海綿鉑質(zhì)量1.8倍的氫氧化鈉加入制備好的氯鉑酸溶液中，攪拌，反應(yīng)生成Na2Pt（OH）6，在40 ℃溫度下緩慢滴加硝酸至溶液內(nèi)，分別將溶液體系pH控制在7.0、6.5、6.0、5.5和5.0，得到H2Pt（OH）6，沉淀過濾并洗滌。反應(yīng)終點pH對六羥基合鉑酸合成效果的影響如表3所示。數(shù)據(jù)顯示，隨著反應(yīng)終點pH的降低，鉑利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當反應(yīng)終點pH較高時，六羥基合鉑酸沉淀不徹底，導(dǎo)致濾液含鉑量較高。當反應(yīng)終點pH為5.5時，鉑利用率最高，可達到89.97%。繼續(xù)滴加醋酸，會使沉淀的六羥基合鉑酸返溶，導(dǎo)致鉑利用率下降。因此，反應(yīng)終點pH取5.5。

2.1.4 反應(yīng)溫度對六羥基合鉑酸合成效果的影響

選取濃度為45 g/L的氯鉑酸溶液，將海綿鉑質(zhì)量1.8倍的氫氧化鈉加入制備好的氯鉑酸溶液中，攪拌，反應(yīng)生成Na2Pt（OH）6，分別在20 ℃、40 ℃、60 ℃、

80 ℃和100 ℃的溫度下緩慢滴加硝酸至溶液內(nèi)，將溶液體系pH控制在5.5，得到H2Pt（OH）6，沉淀過濾并洗滌。反應(yīng)溫度對六羥基合鉑酸合成效果的影響如表4所示。數(shù)據(jù)顯示，隨著反應(yīng)溫度的增加，鉑利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當反應(yīng)溫度為80 ℃時，鉑利用率最高，可達到99.23%。因此，反應(yīng)溫度取80 ℃。

2.1.5 六羥基合鉑酸合成的綜合條件試驗

經(jīng)條件試驗，確定六羥基合鉑酸合成的最佳條件，即氯鉑酸濃度為45 g/L，氫氧化鈉添加量為海綿鉑質(zhì)量的1.8倍，反應(yīng)終點pH為5.5，反應(yīng)溫度為80 ℃。六羥基合鉑酸合成的綜合條件試驗結(jié)果如表5所示。最佳條件下，利用海綿鉑合成六羥基合鉑酸，鉑利用率可超過99%。

2.2 六羥基合鉑酸溶解試驗

將制備好的六羥基合鉑酸加入稱好質(zhì)量的硝酸中，固體發(fā)生溶解，形成深紅色液體，主要反應(yīng)如式（4）所示。采用正交試驗設(shè)計優(yōu)化硝酸鉑溶液制備工藝，考察硝酸用量、溶解溫度和溶解時間對硝酸鉑溶液制備的影響。

H2Pt（OH）6+4HNO3→Pt（NO3）4+6H2O（4）

2.2.1 硝酸用量對六羥基合鉑酸溶解的影響

溶解溫度為40 ℃，溶解時間為6 h，硝酸用量分別控制在理論量的0.8倍、1.0倍、1.2倍、1.3倍和1.4倍時，采用硝酸溶解六羥基合鉑酸。硝酸用量對硝酸鉑溶液制備效果的影響如表6所示。結(jié)果顯示，按照理論量加入硝酸并不能使前一步生成的六羥基合鉑酸沉淀完全溶解，當硝酸用量至少為理論量的1.3倍時，六羥基合鉑酸可完全溶解，轉(zhuǎn)化為硝酸鉑。因此，確定硝酸用量為理論量的1.3倍。

2.2.2 溶解溫度對六羥基合鉑酸溶解的影響

硝酸用量為理論量的1.3倍，溶解時間為6 h，溶解溫度分別控制在30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃時，采用硝酸溶解六羥基合鉑酸。溶解溫度對硝酸鉑溶液制備效果的影響如表7所示。結(jié)果顯示，隨著溶解溫度的升高，六羥基合鉑酸沉淀溶解率先上升后下降，溫度過高或過低都不利于六羥基合鉑酸的溶解。當溶解溫度為50 ℃時，六羥基合鉑酸可以完全溶解。因此，溶解溫度取50 ℃。

2.2.3 溶解時間對六羥基合鉑酸溶解的影響

硝酸用量為理論量的1.3倍，溶解溫度為50 ℃，溶解時間分別控制在1 h、2 h、4 h、6 h和8 h，采用硝酸溶解六羥基合鉑酸。溶解時間對硝酸鉑溶液制備效果的影響如表8所示。結(jié)果顯示，當溶解時間為1 h時，大部分六羥基合鉑酸都能溶解，但仍有少量不溶，當溶解時間超過6 h時，六羥基合鉑酸可以完全溶解。因此，溶解時間取6 h。

2.2.4 六羥基合鉑酸溶解的綜合條件試驗

硝酸用量為理論量的1.3倍，溶解溫度為50 ℃，溶解時間為6 h時，六羥基合鉑酸可完全溶解在硝酸中，生成硝酸鉑溶液。后續(xù)按優(yōu)化后的綜合條件進行5組試驗，經(jīng)驗證，六羥基合鉑酸均可完全溶解。檢測結(jié)果顯示，制備的硝酸鉑溶液中，鉑含量為15.86%，同時雜質(zhì)含量符合相關(guān)行業(yè)標準。

3 結(jié)論

試驗采用王水溶解海綿鉑，然后加入鹽酸趕硝，添加氫氧化鈉溶液進行絡(luò)合，緩慢滴加硝酸，得到六羥基合鉑酸，沉淀過濾并洗滌，最后采用硝酸溶解六羥基合鉑酸，制備高純的硝酸鉑溶液。氯鉑酸濃度為45 g/L，氫氧化鈉添加量為海綿鉑質(zhì)量的1.8倍，反應(yīng)終點pH為5.5，反應(yīng)溫度為80 ℃時，六羥基合鉑酸合成效果最佳，鉑的利用率可超過99%。硝酸用量為理論量的1.3倍，溶解溫度為50 ℃，溶解時間為6 h時，六羥基合鉑酸可完全溶解在硝酸中，生成硝酸鉑溶液。經(jīng)檢測，制備的硝酸鉑溶液中，鉑含量為15.86%，同時雜質(zhì)含量符合相關(guān)行業(yè)標準。

參考文獻

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