專(zhuān)利名稱(chēng)：一種廢膠粒重金屬測(cè)定中最佳的消化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及廢膠粒的合理、安全使用方法。更具體的說(shuō)是一種廢膠粒重金屬測(cè)定中最佳的消化方法。
背景技術(shù)：
廢舊橡膠是指被更換下來(lái)的各種橡膠制品以及橡膠制品生產(chǎn)中產(chǎn)生的邊角料和廢料等。其中大部分因被視為“工業(yè)垃圾”而成為廢物。不但污染空氣，而且污染土壤，同時(shí)易釀成嚴(yán)重的火災(zāi)。對(duì)這些廢橡膠的處理，在20世紀(jì)90年代初，主要是掩埋或堆放。隨后，由于廢橡膠數(shù)量不斷增加，人們環(huán)保與資源再利用意識(shí)逐漸增強(qiáng)以及掩埋越來(lái)越受到限制等原因，廢橡膠的利用日益受到重視，現(xiàn)已發(fā)展成為一種熱門(mén)的稱(chēng)之為“E產(chǎn)業(yè)”(即環(huán)保產(chǎn)業(yè)，因英語(yǔ)中環(huán)保一詞是以字母“E”開(kāi)頭的新型產(chǎn)業(yè))
發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)廢舊橡膠的利用很重視。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高，世界橡膠消耗量不斷增長(zhǎng)，1995年為1552萬(wàn)噸，到1999年升為1679萬(wàn)噸，2004年已達(dá)1950萬(wàn)噸。 同時(shí)廢舊橡膠產(chǎn)生量也隨之增多。為減少環(huán)境污染、消除因堆積廢輪胎而釀成嚴(yán)重火災(zāi)隱患，世界各國(guó)紛紛開(kāi)始利用廢舊橡膠資源以培育新型產(chǎn)業(yè)，并為社會(huì)提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。 為了促進(jìn)廢舊橡膠利用率的提高，橡膠界科學(xué)技術(shù)人員及其相關(guān)部門(mén)已將廢舊橡膠利用列為熱門(mén)研究課題之一。我國(guó)廢舊橡膠產(chǎn)生量，近年來(lái)估計(jì)大約可達(dá)150萬(wàn)噸，而利用率僅為45%左右。由于國(guó)內(nèi)橡膠消耗量增長(zhǎng)較快，因此如不盡快提高廢舊橡膠利用率，我們的廢舊橡膠積存量就會(huì)越來(lái)越多，這是急需解決的環(huán)保大問(wèn)題。經(jīng)查閱相關(guān)資料，近幾年，我國(guó)廢舊橡膠的利用量發(fā)展很快，但再生膠仍然是我國(guó)廢膠料利用的主要途徑，精細(xì)膠粉和輪胎翻修有待于進(jìn)一步發(fā)展。人們?cè)谝欢〞r(shí)期內(nèi)把再生橡膠生產(chǎn)認(rèn)為是一種非常有效的方法，因此再生橡膠生產(chǎn)也成為廢舊橡膠處理的主要方式。但是由于再生膠生產(chǎn)能耗大，生產(chǎn)中產(chǎn)生的噪音、 臭味及廢水對(duì)環(huán)境的二次污染等問(wèn)題長(zhǎng)期無(wú)法有效的解決，人類(lèi)在現(xiàn)代生活中對(duì)環(huán)境質(zhì)量提高的要求和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染形成越來(lái)越嚴(yán)重的矛盾。再加上由于世界經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，廢橡膠價(jià)格的上漲及其它有關(guān)因素，致使再生膠的優(yōu)越性不斷淡化，再生膠污染嚴(yán)重的負(fù)面影響不斷加大。我國(guó)再生橡膠生產(chǎn)雖然占廢舊橡膠再生利用的主導(dǎo)地位，但整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益狀況極不合理。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)律，對(duì)我國(guó)再生膠行業(yè)發(fā)展的方向和出路盡快做出根本性的調(diào)整，廢舊膠粒的生產(chǎn)和應(yīng)用是最有希望的方式之一，應(yīng)加大應(yīng)用開(kāi)發(fā)的力度。目前，我國(guó)科技人員已經(jīng)在廢舊橡膠的有效利用上做出了突出的貢獻(xiàn)，如利用廢舊橡膠鋪設(shè)塑膠跑道，制造隔音壁，作為鋪路材料等等。這些都是較好綜合利用的途徑，不但將廢舊橡膠進(jìn)行利用，而且還起到了保護(hù)環(huán)境的作用。目前，用廢舊橡膠粒鋪設(shè)草坪的設(shè)想也是一種廢舊橡膠綜合利用的有效途徑。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪主要應(yīng)用于足球比賽中，由于長(zhǎng)期被踩踏，影響草坪草的生長(zhǎng)，很容易失去原有的彈性。以前，多采用修整或者重鋪草坪的方法。雖然有一定效果，但造成了時(shí)間和資金上的浪費(fèi)。若采用在土壤中摻入一定量的廢舊橡膠粒，不但可以減少對(duì)草坪的修整次數(shù)，降低資金消耗，同時(shí)在不影響草坪的正常生長(zhǎng)的前提下，保持草坪的彈性。目前，由于廢舊膠粒中主要成分是硫氫化物及一些重金屬元素，將其摻入土壤中是否會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，我們還不得而知。因此，需要對(duì)廢舊橡膠進(jìn)行樣品預(yù)處理，能快速測(cè)定其中重金屬元素含量則是一項(xiàng)十分有益的工作。有機(jī)樣品預(yù)處理有兩種方法，他們是濕法消化和干法消化，兩者各有優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在試驗(yàn)中分別用這兩種消化方法對(duì)廢膠粒進(jìn)行預(yù)處理，用正交試驗(yàn)進(jìn)行分析研究、對(duì)比，并通過(guò)ICP的檢測(cè)，從而找出一種可行的樣品預(yù)處理方法。本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案
一種廢膠粒重金屬測(cè)定中最佳的消化方法，其特征在于包括濕法和干法測(cè)定，其中濕法按如下的步驟進(jìn)行
(1)準(zhǔn)確稱(chēng)取粒徑0.5-lmm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置于小燒杯中，各加入混酸 6-10ml，在180-200°C左右的電熱板上加熱消化1_2小時(shí)，放冷，得到澄清的溶液；
(2)將上述消化溶液的多余酸蒸干，冷卻至室溫，加入0.5ml濃HNO3,溶解后用去離子水轉(zhuǎn)移至IOml比色管中定容，用ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定；所述的混酸由HN03、HClO4 和H2SO4組成
干法測(cè)定
(1)初步試驗(yàn)
準(zhǔn)確稱(chēng)取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右兩份，分別置于瓷坩堝中，置于馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時(shí)，觀察其效果；
(2)正交試驗(yàn)
在初步試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時(shí)間、酸的種類(lèi)為主要因素，設(shè)計(jì)三因素三水平表L9 (33)進(jìn)行正交試驗(yàn)；
(3)準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2g試樣9份，置于瓷坩堝內(nèi)，進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明所述方法，其中混酸HN03、HClO4和H2SO4的重量體積比為HN03: :H2S0 = 1 1 :4，消化時(shí)間為1小時(shí)，溫度控制在190°Co本發(fā)明所述方法，其中廢舊膠粒的四種不同力度膠粒分別為0. 5-lmm，l-2mm， 2-4mm 或 4_6mm。
具體實(shí)施例方式為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，下文恰當(dāng)?shù)氖÷粤斯夹g(shù)的描述，以免那些不必要的細(xì)節(jié)影響對(duì)本技術(shù)方案的描述。以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1準(zhǔn)確稱(chēng)取粒徑0. 5mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置于小燒杯中，各加入混酸6ml，在 180°C左右的電熱板上加熱消化1小時(shí)，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多余酸蒸干，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解后用去離子水轉(zhuǎn)移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，ZnO經(jīng)消化試樣可測(cè)得其含量。其次，F(xiàn)e的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由而03、抝104和H2SO4 = 1 1 :4。通過(guò)濕法消化，采用 ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有?；厥章蕿?95%。實(shí)施例2
準(zhǔn)確稱(chēng)取粒徑2mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置于小燒杯中，各加入混酸10ml，在 190°C左右的電熱板上加熱消化1小時(shí)，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多余酸蒸干，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解后用去離子水轉(zhuǎn)移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，ZnO經(jīng)消化試樣可測(cè)得其含量。其次，F(xiàn)e的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由而03、抝104和H2SO4 = 1 1 :4。通過(guò)濕法消化，采用 ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。回收率為 101%。實(shí)施例3
準(zhǔn)確稱(chēng)取粒徑4mm的廢舊膠粒試樣0. 2g，分別置于小燒杯中，各加入混酸10ml，在 180°C左右的電熱板上加熱消化1小時(shí)，放冷，得到澄清的溶液；( 將上述消化溶液的多余酸蒸干，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3，溶解后用去離子水轉(zhuǎn)移至IOml比色管中定容， 用ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，ZnO經(jīng)消化試樣可測(cè)得其含量。其次，F(xiàn)e的含量也較高，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。其中混酸由HN03、HC10jP H2SO4 = 1 1 :4。通過(guò)濕法消化，采用 ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，Zn含量較高，其次是狗，Mn、Cu、Pb、Cd均含有。回收率為 99%。實(shí)施例4
儀器ICP-AES，分析天平，可控溫電熱板，馬弗爐，坩堝，IOml比色管，移液管試劑HClO4, HNO3, H2SO4, HCl，H2O2 (均為分析純)
試樣廢舊膠粒(四種不同力度的膠粒，分別為0. 5-lmm，l-2mm，2-4mm，4-6mm。實(shí)驗(yàn)方法
(1)將所有玻璃儀器洗凈。用ι :3的HN03溶液浸泡48小時(shí)后，取出，先用蒸餾水沖洗， 再用去離子水沖洗2-3遍，洗凈待用。(2)將瓷坩堝洗凈。用1 :4的HCl溶液煮沸1個(gè)小時(shí)，取出，冷卻，依次用蒸餾水和去離子水沖洗2-3遍，洗凈。將其放入烘箱內(nèi)烘干，再轉(zhuǎn)移至馬弗爐中灼燒至恒重，待用。(3)濕法消化法亦稱(chēng)濕灰化法，即用強(qiáng)氧化性酸或強(qiáng)氧化劑的氧化作用破壞有機(jī)試樣，使待測(cè)元素以可溶形式存在。測(cè)定方法
(1)混酸種類(lèi)的選擇
準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 5-lmm的廢舊膠粒試樣0. 2g左右25份，分別置于小燒杯中，各加入混酸 6ml，在180-200°C左右的電熱板上加熱消化1小時(shí)，觀察現(xiàn)象。混酸依次為HC1_ HNO3,1 1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ；HNO3-HCIO4,1 :1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ；HNO3-H2O2,1 :1、1 :2、1 :3、1 :4、2 :1、3 :1、4 1 ； HNO3-HCIO4-H2SO4, 1 1 :1、1 1 :2、1 1 :3、1 1 :4、1 2 1、1 3 :1、1 4 :1、2 1 :1、3 1 :1、4 1 :1。(2)正交試驗(yàn)
在混酸選擇的基礎(chǔ)上，確定以HN03、HC104和H2SO4混合酸為消解液，進(jìn)一步到消化時(shí)間、 消化溫度的研究，從而確定一種最佳的消化方法。以混酸比例、消化時(shí)間、消化溫度三個(gè)因素，設(shè)計(jì)三因素三水平表L9 (33)，見(jiàn)表1。準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 5-lmm膠粒試樣0. 2g左右9份，分別置于小燒杯，進(jìn)行試驗(yàn)。
(3)在最佳實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)不同粒度的廢膠粒進(jìn)行消化試驗(yàn)
準(zhǔn)確稱(chēng)取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右，同時(shí)每組做一份平行實(shí)驗(yàn)。按照最佳實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行消解試驗(yàn)。(4) ICP-AES法對(duì)重金屬元素含量的測(cè)定
將上述消化溶液的多余酸蒸干，冷卻至室溫，加入0. 5ml濃HNO3,溶解后用去離子水轉(zhuǎn)移至IOml比色管中定容，用ICP-AES對(duì)重金屬含量進(jìn)行測(cè)定。實(shí)施例4 干法消化測(cè)定原理
干法灰化法是利用熱能分解試樣，使待測(cè)元素成可溶狀態(tài)的預(yù)處理方法。(1)初步試驗(yàn)
準(zhǔn)確稱(chēng)取4種不同粒度的膠粒各0. 2g左右兩份，分別置于瓷坩堝中，置于馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時(shí)，觀察其效果。(2)正交試驗(yàn)
在初步試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時(shí)間、酸的種類(lèi)為主要因素，設(shè)計(jì)三因素三水平表L9 (33)進(jìn)行正交試驗(yàn)，見(jiàn)表2。準(zhǔn)確稱(chēng)取0. 2g左右試樣9份，置于瓷坩堝內(nèi)，進(jìn)行試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種廢膠粒中重金屬測(cè)定的消化方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行(1)初步試驗(yàn)準(zhǔn)確稱(chēng)取4種不同粒度的膠粒各0. 2g兩份，分別置于瓷坩堝中，置于馬弗爐中，溫度分別控制在600°C和800°C，灼燒4小時(shí)，觀察其效果；(2)正交試驗(yàn)在初步試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇以4-6mm的膠粒，以灰化溫度、灰化時(shí)間、酸的種類(lèi)為主要因素，設(shè)計(jì)三因素三水平表L9 (33)進(jìn)行正交試驗(yàn)；(3)準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2g試樣9份，置于瓷坩堝內(nèi)，進(jìn)行試驗(yàn)。
2.權(quán)利要求1所述的消化方法，其中廢舊膠粒的膠粒分別為0.5-lmm, l_2mm，2_4mm或 4-6mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢膠粒重金屬測(cè)定中最佳消化方法，通過(guò)對(duì)廢膠粒樣品不同的消化液體系、消化溫度、消化時(shí)間及高溫灰化等條件進(jìn)行正交試驗(yàn)的研究，并采用ICP-AES對(duì)樣品中的重金屬元素的含量進(jìn)行測(cè)定，從而找出一種可行的廢膠粒樣品的消化方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，用1∶1∶4的HNO3-HClO4-H2SO4，消解溫度為190℃，消解時(shí)間為1小時(shí)，能使樣品得到最完全、最充分的分解。此方法準(zhǔn)確、靈敏、快速。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102183392SQ20111004402
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者多立安, 趙樹(shù)蘭 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)