废气铅的测定中一种新的玻璃纤维滤筒的前处理方法
目前,国标方法HJ538-2009[1]和HJ685-2014[2]中要求测定固定污染源废气中的铅时,需要使用石英纤维滤筒。但是石英纤维滤筒的使用成本很高[3],对于有大量有组织废气采样任务的单位压力很大。因此现在仍多采用普通玻璃纤维滤筒作为替代[4]。国产玻璃纤维滤筒虽然成本很低,但本底铅含量很高[5],有的甚至高达6mg/L。因此需要对玻璃纤维滤筒进行前处理,降低空白滤筒的铅含量,使其符合标准中对空白值应小于测定下限(0.4mg/L)的要求。
已报导的前处理方法,主要是用硝酸加热浸泡3h的方法[1]。加热浸泡虽然可降低空白值,但滤筒容易掉屑,而且前处理时间较长。本方法探讨在硝酸中采用超声进行前处理,以较好的降低空白值,并尽量保持滤筒的完整性及缩短处理时间。此外,本方法探讨采用氢氟酸全消解滤筒的方法[6,7]。
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一、材料与方法
1 仪器设备
ZEEnit700型原子吸收分光光度计、铅空心阴极灯均购自德国耶拿公司。
SH3200超声波清洗器购自上海宏宇环保应用研究所。
2 材料与试剂
测定波长为283.3nm,灯电流为5.0mA,测量方式为标准曲线,背校方式为氘灯,火焰类型为空气-乙炔,载气为高纯氩气。
3.2.1 浸泡
将滤筒放入900mL 1+1硝酸的烧杯中,保持酸温70℃超声震荡,在20min、40min、60min、80min及100min时分别取出3个滤筒,在蒸馏水中浸泡10min,然后用水淋洗近中性,烘干备用。
浓硝酸、氢氟酸、过氧化氢均为优级纯。
3 方法
将滤筒剪成小块,放入50mL聚四氟乙烯烧杯中,加入浓硝酸溶液10mL、氢氟酸4mL、过氧化氢5mL浸没样品滤筒,于电热板上加热至微沸,保持微沸2h。必要时可补加少量水,再在电热板上加热至微沸,直至溶液粘稠近干。再加入1%硝酸溶液溶解残渣,冷却后将溶液转移至50mL容量瓶中,用水稀释至标线。
玻璃纤维滤筒:河北某环境监测器材厂。
铅标准储备液500mg/L,用1%硝酸稀释至100mg/L作为标准使用液。
在0.00到2.00mg/L浓度范围内,标准系列回归方程为:
3.2.2 超声波处理
(1)若四边形ABCD为平行四边形,则AD____BC,AB____DC(填位置关系)若AD∥BC,补充条件____使四边形ABCD为平行四边形。
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3.3 消解
3.1 仪器工作条件
3.4 标准曲线的绘制及样品的测定
配制铅标准系列,浓度为:0.00mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、1.50mg/L、2.00mg/L,按照仪器工作条件测定吸光度,以浓度为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线。之后,在与标准曲线相同仪器工作条件下,进行样品的测定。
二、结果与讨论
1 工作曲线和回归方程
将3个滤筒放入盛有300mL 1+1硝酸的烧杯中,加热至酸温70℃,浸泡3h。取出滤筒,在蒸馏水中浸泡10min,然后用水淋洗近中性,烘干备用。
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y=0.031599x+0.000366,相关系数r=0.9996,符合测定要求。
2 不同前处理方法测定结果分析
从表1中可以看出,对于降低空白滤筒铅含量,超声波处理效果可以达到或超过加热浸泡的前处理方法。加热超声60min时铅含量为0.28mg/L,已满足标准中对空白值应小于测定下限(0.4mg/L)的要求。此时效果已优于加热浸泡处理,而且掉屑轻微,用时缩短三分之二。继续增加超声时间,没有达到更好的处理效果,达到100min时,掉屑明显增多,因此认为超声处理60min时效果最佳。
表1 滤筒的不同前处理方法测定结果比较
处理方式铅含量1(mg/L)铅含量2(mg/L)铅含量3(mg/L)平均值(mg/L)滤筒完整性未处理2.432.532.282.41完整1+1硝酸加热浸泡0.320.330.360.34掉屑1+1硝酸超声20min0.560.480.460.50轻微掉屑1+1硝酸超声40min0.520.440.510.49轻微掉屑1+1硝酸超声60min0.280.260.300.28轻微掉屑1+1硝酸超声80min0.270.330.320.31轻微掉屑1+1硝酸超声100min0.270.310.280.29掉屑
从表2可以看出,国标方法中仅用硝酸和过氧化氢进行消解,滤筒被部分消解,而且每个滤筒被部分消解的程度也不相同,RSD为37.2%,差异很大。消解体系中加入氢氟酸时,滤筒全部被消解,滤筒铅含量均值为2.41mg/L,RSD为5.21%。超声处理60min至100min后被全消解的滤筒铅含量在0.26-0.33mg/L之间,均值为0.29mg/L,RSD为7.57%,说明超声处理60min后,滤筒铅含量基本一致。跟国标方法相比,全消解滤筒铅含量一直性强,还免去了抽滤的繁琐过程,避免了抽滤过程中带来的损失。因此,本研究认为采用氢氟酸进行全消解效果更佳[8]。
表2 滤筒的不同消解方式测定结果比较
处理方式消解所用酸铅含量1(mg/L)铅含量2(mg/L)铅含量3(mg/L)平均值(mg/L)RSD(%)全消解硝酸、氢氟酸、过氧化氢2.432.532.282.415.21部分消解硝酸过氧化氢1.240.891.871.3337.2
三、结论
通过以上研究,得出以下结论:
(1)对测定废气中铅所用的玻璃纤维滤筒进行前处理时,加热超声处理优于加热浸泡处理;
涂料生产产生的废气中,VOCs的质量浓度通常在100 ~2000 mg/m3之间,对于这类中低质量浓度的VOCs,吸附和催化燃烧是经常应用且经济有效的两种治理技术,特别是吸附-脱附-催化燃烧复合净化处理技术的应用较多。
(2)加热超声60min时效果最佳;
(3)采用氢氟酸全消解滤筒的方法优于国标方法中部分消解的方法。
参考文献
[1]环境保护部.HJ 538-2009固定污染源废气 铅的测定 火焰原子吸收分光光度法(暂行)[S].北京,中国环境科学出版社,2010.
[2]环境保护部.HJ 685-2014固定污染源废气 铅的测定 火焰原子吸收分光光度法[S].北京,中国环境科学出版社,2014.
[3]黄昌妙.玻璃纤维滤筒重金属本底值与使用成本分析[J].中国资源综合利用,2013,31(4):47-50.
[4]罗伟金.探讨废气总铅采样对玻璃纤维滤筒进行处置后可替代石英滤筒[J].建材发展导向:上,2015(8):327-328.
[5]赵利.滤筒材质的选择对固定源废气中铅测定的影响[J].图书情报导刊,2012,22(9):133-135.
[6]乐小亮,毛慧,吴晶.废气铅的测定中玻璃纤维滤筒的消解方法[J].理化检验-化学分册,2015,51(1):108-110.
[7]刘锟,刘蕾.玻璃纤维滤筒消解状态对铅测定结果的影响[J].污染防治技术,2014(5):53-56.
[8]陈秋雯.硝酸-氢氟酸微波消解体系测定厂界空气中的铅[J].环境影响评价,2010,32(6):13-14.