電感耦合等離子體原子發射光譜法測定催化劑中鉑鈀元素

龐曉輝 高 頌 梁 鈧 王桂軍 王 芳

(1.中國航發北京航空材料研究院 ；2.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室；3.材料檢測與評價航空科技重點實驗室，北京 100095)

1 引言

鉑鋁催化劑、鈀鋁催化劑等廣泛應用于石油化工領域中加氫、脫氫、重整、歧化、裂解等反應中。鉑族金屬如鉑、鈀元素是催化劑中的主要活性組分，其含量對催化劑的質量和價格有重大影響，需要準確測定。石油化工領域中使用過的催化劑中因積炭、載體結構變化、金屬晶粒聚集或流失等因素導致催化劑失去活性，需要定期更換。由于鉑族金屬價值高，當催化劑使用壽命結束時，鉑族金屬必須循環回收利用，對鉑、鈀進行提純加工，廢催化劑中鉑、鈀元素檢測也同樣有很大需求，準確測定催化劑中鉑、鈀等元素含量，具有重要的意義[1-3]。由于電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)具有線性范圍寬、基體效應小、檢出限低、靈敏度高、快速、簡便等特點，在冶金、地質、環境等領域被廣泛應用[4-7]。本實驗采用ICP-AES對鋁基催化劑中元素鉑、鈀的測定進行了研究，對催化劑合金樣品的溶解、分析譜線選擇、基體及共存元素干擾等進行了的試驗，建立了適于測定催化劑合金中素鉑、鈀的分析方法，并應用于實際樣品分析中。

2 實驗部分

2.1 儀器和工作條件

美國Perkin Elmer公司生產的Optima5300V型全譜直讀電感耦合等離子體光譜儀，分段式電感耦合檢測器SCD；高頻頻率：40MHz；正向功率：1.3kW，觀測高度：15mm，冷卻氣流量：15L/min，霧化氣流量：0.8L/min，輔助氣流量：0.2L/min；積分時間：2～5s。

分析線波長：Pt 265.94 nm、Pd 340.45nm。

2.2 試劑

Pt、Pd單元素標準儲備液1.00 mg/mL，國家標準溶液，鋼鐵研究總院制，使用時逐級稀釋，配制成適當濃度的混合標準溶液，Y內標溶液0.2mg/mL。

實驗用鹽酸、硝酸均為優級純,水為去離子水,純鋁(質量分數大于99.95%)。

2.3 實驗方法

2.3.1試樣制備

稱取約3.0 g試樣置于恒重后的瓷坩堝m0中，稱重并記錄質量為m1。將瓷坩堝置于馬弗爐中，將馬弗爐升溫至850℃，保溫4h，取出瓷坩堝，稍冷，將瓷坩堝移入干燥器中，放置至室溫，取出，稱重瓷坩堝并記錄質量為m2，精確至0.0001 g。通過下式求出樣品的燒失量。

2.3.2試樣溶液的制備

將灼燒過的樣品用鐵乳缽破碎成粉末狀，稱取0.1000g試樣置于150mL燒杯中，加入30mL鹽酸、10mL硝酸、低溫加熱溶解完全，根據試樣溶解情況可適當補加鹽酸，溶解完全后，控制溶液體積約10mL，冷卻至室溫，轉移入100mL容量瓶中，加入2.00mL的Y內標溶液，用水稀釋至刻度,混勻，待測。

2.3.3工作曲線系列溶液的制備

分別稱取0.05g純鋁4份，于4個150mL燒杯中，按試樣溶液的制備步驟2.3.2進行處理，分別加入適量待測元素Pt、Pd的標準溶液，配制成工作曲線系列溶液，濃度見表1。

表1 工作曲線溶液濃度 μg/mL

2.4 測定

于電感耦合等離子體原子發射光譜儀上，在選定的工作條件下測量工作曲線溶液，以曲線溶液濃度為橫坐標，以譜線強度比為縱坐標，繪制工作曲線，測定試樣溶液中鉑、鈀的含量。通過燒失率計算出自然基催化劑中鉑、鈀含量C。

C=測得值×(1-燒失量)

3 結果與討論

3.1 樣品溶解試驗

鉑鋁催化劑、鈀鋁催化劑等催化劑樣品一般為顆粒狀或長條狀，用試劑直接進行溶解效果不好，進行了樣品前處理方法試驗, 分別稱取不同狀態下的催化劑樣品0.1000g置于150mL燒杯中，采用鹽酸+硝酸(3+1)混合酸40mL低溫加熱溶解，試驗結果見表2。

表2 樣品溶解試驗

試驗表明，樣品不經破碎、不經高溫灼燒，自然基原始狀態下直接進行溶解的效果最差，溶液中有明顯不容物；樣品經破碎或高溫灼燒后，溶解效果改善，但仍有不容物；樣品經高溫灼燒后，再破碎成粉末狀態后再溶解效果最好，樣品基本溶解完全。分別對不同處理過程的不溶物進行過濾烘干處理，得到的殘渣進行定性分析，檢查不容物組分，發現不容物中主要含鋁，另含有微量Pt或Pd元素，而樣品經灼燒(850 ℃,4小時)，再破碎成粉末狀態，不溶物中Pt或Pd含量極少或不含，對Pt或Pd的測定結果沒有影響，因此樣品前處理采用將灼燒過的樣品用鐵乳缽破碎成粉末狀，再用鹽酸、硝酸混合酸低溫加熱溶解的方法，

3.2 分析線的選擇

選擇待測元素Pt、Pd的靈敏線數條，用Pt、Pd元素的單標準溶液(1μg/mL)和Al單標準溶液(0.50 mg/mL)，在選定的波長處做譜圖掃描，考察待測元素譜線受干擾情況，結果見表3。

表3 譜線選擇結果

經選擇對比，最后確定分析線波長：Pt 265.94 nm、Pd 340.45 nm。

3.3 內標的選擇

測量過程中受各種因素影響數據會有波動，因此需要加入內標元素進行控制[8]。分別處理6份同

一催化劑樣品，選擇加內標(Y內標溶液0.2mg/mL，加入2.00mL)和不加內標方式進行上機測量，試驗結果(n=6)見表4。

表4 內標試驗結果

結果表明加入可以改善測量的精密度，本實驗采用加內標的方法。

3.4 方法的準確度和精密度

按所確定的儀器工作參數與實驗方法，對鉑鋁催化劑和鈀鋁催化劑樣品進行測定，做精密度試驗(n=6)和加標回收試驗，結果見表5 。

表5 精密度試驗和加標回收試驗

分別對鉑鋁催化劑和鈀鋁催化劑樣品，采用不同方法進行比對試驗，結果見表6。

表6 不同方法數據對照 %

4 結論

催化劑中的主要有效成分是貴金屬元素Pt、Pd等，準確測定催化劑中Pt、Pd含量，對控制催化劑的成本和保證催化性能，以及從廢催化劑中回收貴金屬都具有重要的意義。

本方法優化了催化劑的前處理過程，確保催化劑能夠完全溶解；選擇靈敏度高，干擾小的譜線為分析線；在工作曲線中進行基體匹配,消除光譜干擾；通過加入內標改善測定的精密度；進行了加標回收試驗和不同方法比對試驗，結果表明，本方法快速、準確,可用于催化劑中貴金屬元素Pt、Pd的測定。