靛酚藍分光光度法測定粉煤灰中銨根濃度的研究

鄭芳

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

近十年全國掀起了脫硝設備建設浪潮，其中選擇性催化還原技術（SCR）脫硝技術應用最為廣泛。然而SCR 脫硝采用液氨、濃氨水或尿素為還原劑[1]，運行過程中易導致氨逃逸。惠潤堂等[2]的研究表明，逃逸氨與煙道內的SO2形成的硫酸銨、硫酸氫銨易在SCR 下游空預器處因溫度降低而受潮，堵塞管道，影響設備正常運行。大量研究還表明，氨氣在環境空氣中容易與硫酸、硝酸等物質形成銨鹽氣溶膠，從而促成PM2.5的生成，導致空氣質量和能見度下降，同時也影響了大氣輻射平衡。所以，應對煙氣中的逃逸氨進行準確測試，指導精準噴氨，避免氨逃逸，降低不利影響。

目前，氨濃度測試不管是在線監測還是線下測試都存在SO2、水汽和粉塵的干擾，無法精確測定。程滕[3]的研究表明，煙氣中銨根凝結富集在粉煤灰中，可通過分析粉煤灰中銨根濃度直接分析SCR 脫硝裝置后端設備運行情況，從而指導運行參數的調整。粉煤灰由于具備優異的物化性質，在冶金、建材等領域可以得到廣泛利用。但劉振華等[4]提出，脫硝改造后產生的逃逸氨主要以硫酸氫氨的形式存在，粉煤灰自身的基本性質發生改變，嚴重影響了粉煤灰的再利用。顯然，準確測定粉煤灰中銨根含量能為粉煤灰的二次利用提供數據支持。易田芳等[5]采用納氏試劑分光光度法和離子色譜法分析PM2.5中的銨根含量，其中離子色譜法測試所需時間較長，納氏試劑分光光度法干擾因素少，測試結果準確可靠。《粉煤灰中銨離子含量的限量及檢測方法》（GB/T 39701—2020）提出了采用蒸餾滴定法、離子色譜法、納氏試劑分光光度法以及電極法分析粉煤灰中銨根含量，其中蒸餾滴定法為基礎方法。

本文采用振蕩方式提取粉煤灰中的銨根，通過加標方式分析銨根提取程度；采用靛酚藍分光光度法測定提取液中銨根濃度，并通過平行和加標實驗計算測定的準確性，為安全、準確測定銨根濃度提供了方法，也為SCR 的安全運行以及粉煤灰資源利用提供了指導。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器為RZK-J 型恒溫全自動翻轉振蕩器；UV1800 紫外-可見分光光度計；SHZ-D Ⅲ循環水真空泵抽濾機。

試劑為實驗室用無氨水；硫酸；水楊酸；檸檬酸鈉；氫氧化鈉；亞硝基鐵氰化鈉；次氯酸鈉；硫代硫酸鈉；碘化鉀；氯化銨。

1.2 實驗方法

用0.3mol/L 酸溶液為浸提劑，通過翻轉振蕩的方式浸提粉煤灰中的銨根離子，經真空抽濾后得到的浸提液在亞硝基鐵氰化鈉和次氯酸鈉環境中與水楊酸反應生成藍綠色物質，然后采用朗伯比爾定律計算浸提液中銨根濃度，進而可知粉煤灰中銨根含量。

1.2.1 取樣

為保證樣品的代表性，并且有針對性地處理設備安全運行理故障，應采集管路堵塞、鋼板腐蝕等處的粉塵。若考慮粉塵資源化利用，應采用縮分法取樣。

1.2.2 浸提

以華電某660MW 機組為例，該機組配套的煙氣凈化設備依次為SCR 脫硝裝置、空氣換熱器、電袋除塵器、脫硫裝置和濕式電除塵器，脫硝裝置以濃氨水為還原劑。機組運行過程，空氣換熱器熱煙氣出口煙道堵塞，部分黏度較高的粉塵堆積在煙道；電袋除塵器的袋區部分袋籠底部表面附著粉塵；脫硝、除塵等設備脫除的粉塵統一運送至粉塵存放間。分別取換熱器出口煙道富集的粉煤灰、電袋除塵器中袋籠富集的粉煤灰和存放間的粉煤灰各20g 放入廣口瓶中，移取500mL 0.3mol/L 的硫酸溶液，搖勻、密封，振蕩16h 提取樣品中的銨根。

浸提加標試驗：分別取20g 三種粉煤灰放入廣口瓶中，加入100mL 銨標準儲備液和400mL 0.3mol/L的硫酸溶液，與樣品同時開始翻轉振蕩，浸提。

振蕩后的硫酸溶液經真空抽濾后，得到待測浸提液。

1.2.3 測定

（1）試劑配制

銨標準儲備液：準確稱取3.819g 經105℃干燥后的氯化銨溶于無氨水中，定容至1L。此標準儲備液的氨氮濃度為1g/L。

銨標準使用液：準確移取10.00mL 銨標準儲備液定容至1L。此標準使用液的氨氮濃度為10mg/L。

（2）靛酚藍分光光度法測定

配制不同氨含量的系列標準溶液，混勻后在室溫條件下放置1h。在波長為697nm 的條件下測定吸光度，繪制以氨含量為橫坐標、吸光度為縱坐標的標準曲線。

測定浸提液吸光度，根據朗伯比爾定律計算浸提液中銨根濃度。作為加標實驗，取稀釋后的浸提液，加入銨標準儲備液，搖勻后取樣測定吸光度，計算加標回收率。

2 實驗分析

2.1 浸提過程的回收率

粉煤灰中的銨根為堿性，與酸溶液反應，促進銨根溶解，而且翻轉振蕩過程有利于傳質，提高浸提過程的充分性和可靠性。從表1 可知，不同銨根含量的粉煤灰回收率為97.4%—102.2%，滿足《合格評定化學分析法確認和驗證指南》（GB/T 27417—2017），說明以0.3mol/L 酸溶液為浸提液，可以充分提取粉煤灰中的銨根。

表1 浸提過程加標實驗

2.2 靛酚藍分光光度法測試的準確性

采用多次平行測定和加標實驗分析靛酚藍分光光度法測定浸提液的精密度和準確度。從表2 可知，三種浸提液6 次平行實驗的相對標準偏均小于5%，精密度在可靠范圍內。

表2 靛酚藍分光光度法平行實驗

從表3 可知，靛酚藍分光光度法測定粉煤灰浸提液銨濃度的準確性和精密度符合要求。由于靛酚藍分光光度法測試銨根濃度靈敏度高，與水楊酸反應生成的靛酚藍燃料顏色穩定，相比于納氏試劑比色法、蒸餾滴定法具有干擾少、操作過程安全等優點，采用靛酚藍分光光度法測試粉煤灰中的銨根安全、準確且精密度高。

表3 靛酚藍分光光度法加標實驗

3 結語

（1）以0.3mol/L 酸溶液為浸提劑，采用翻轉振蕩的方式提取粉煤灰中的銨根，適用于不同銨含量的粉煤灰處理，而且回收率為97.4%—102.2%，符合標準和實際應用的要求。

（2）采用靛酚藍分光光度法測定粉煤灰浸提液中的銨根，精密度和準確度高，即靛酚藍分光光度法適用于測定粉煤灰中銨根含量。