汽车催化剂中锆铈镧镨钕钡镁铝的一种快速测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到汽车催化剂中锆铈镧镨钕钡镁铝的一种快速测定方法，特别是涉及通过一次性溶样、多元素同时测定，达到准确快速测定锆铈镧镨钕钡镁铝的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国汽车工业的迅速发展，汽车的保有量快速上升，汽车排放尾气中一氧化碳及氮氧化物对环境造成的污染问题日益严重，已成为环境污染的重要因素，引起了全社会的关注。控制和治理尾气污染成为目前面临的重任。而安装汽车尾气净化催化剂是减少尾气污染的主要手段。
[0003]汽车尾气净化催化剂主要由载体(堇青石，组成为5Si02.2Α1203 *2Mg0)、涂层(氧化铝、Ce、Zr、La、Ba、Y等)及铂族金属(Pt、Pd和Rh)几部分所组成。目前使用较广泛的是三效催化剂(Three-Way-Catalyst，简称TWC)，它能有效地同时将C0、HC和NOx转化为无害的C02、H20和N2。三效催化剂通常以铂(Pt),钯(Pd)和铑(Rh)为活性组分，以铈(Ce),锆(Zr)，镧(La)和钡(Ba)等为改性助剂，通过浸渍在γ-Al2O3等大比表面物质上，制备成水洗涂层，然后负载在多孔蜂窝陶瓷或金属载体上。催化剂的催化活性主要取决于分布在载体中的贵金属元素(Pt、Pd和Rh),而Ce、La、Ba、Zr等元素用于稳定、阻止烧结、提高储氧能力、改变催化活性等。这些助剂成分不仅增加了催化活性，还可以降低贵金属的用量。随着机动车尾气排放标准的提高，稀土等助剂元素在汽车尾气净化转化器中的应用越来越多，含量可达催化剂的百分之几十，同时逐渐形成了机动车用稀土催化材料的研究开发热潮。
[0004]国内外对催化剂中锆铈镧镨钕钡镁铝的单一测定方法报道的很多。从样品溶解方式来看，有加入由硫酸、硝酸、盐酸和氢氟酸等组成的各种混合酸，采用电热板、卡洛斯管、压力罐或微波等各种方式进行溶解的。但电热板溶解大多不太完全且常引入大量硫酸、磷酸和氢氟酸，对后边的仪器测定带来干扰和腐蚀；卡洛斯管一系列的封管操作比较麻烦；普通的微波溶解装置不太安全，而高温高压微波溶解装置的成本又太贵。只有聚四氟乙烯压力罐无论从使用方便以及安全性、成本上来说相对要好些。当然，采用碱熔方式虽然又快又好，但引入大量盐份会对后续的测定带来大量干扰。
[0005]从测定手段来看，常量的铝、镁多采用配位滴定法，但二者的混合物直接用配位滴定法测定Al、Mg含量未见报道。有报道显示以氧化镁、氧化铝为主要成分的催化剂，采用火焰原子吸收分光光度法测定其中的Mg含量，EDTA配位法测定其中的Al含量，两种元素互不干扰。催化剂中锆含量的测定方法通常有Η)ΤΑ络合滴定法、二甲酚橙分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。而催化剂中的钛通常采用光度法测定，稀土元素通常采用中子活化法、原子吸收光谱法、分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。
[0006]虽然大多数从事催化剂生产和回收企业都建立有自己的一些方法手段，但是，到目前为止，都没有形成一个统一完善的、准确而快速的通用标准方法。相关研究主要为滴定法、光度法、AAS法、ICP-AES法等，但基本上只是测定单一元素或几个同类元素。国内虽然也有相关报道ICP-AES同时测定稀土汽车尾气净化催化剂中Ce、La、Pr、Y、Al、Zr的含量，采用王水和硫酸溶样，但并未包含Mg、Ba、Nd等元素。虽然作者本人曾经也报道过ICP-AES法测定汽车催化剂中的助剂元素，但只是包含La、Ba、Zr、T1、Ce等元素，而且进行两次溶解，过程比较繁琐，消解时间长。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为对汽车催化剂产品和失效催化剂中锆、铈、镧、镨、钕、钡、镁和铝的同时测定提供一种准确、快速的标准方法。本方法在样品溶解后I小时后即可获得准确可靠的结果。采用下列溶解和测定步骤可实现上述发明的目的。本发明的具体步骤是:
[0008]①溶解:称取0.1g制备均匀的催化剂样品(彡150目)，放入30mL体积的聚四氟乙烯消化罐中，加入12mLHCl+3mLHN03+2mL H202+0.5mLHF，旋紧盖子。放入恒温150°C的烘箱中溶解12小时，取出，冷却至室温后开罐，将其中的内容物用蒸馏水全部转移入200mL烧杯中，在电炉上蒸发至约20mL体积，10% HCl转入10mL容量瓶中，定容，混匀。
[0009]②测定:在选定仪器条件下，用全谱直读等离子体发射光谱仪(ICP-AES)法同时测定锆、铈、镧、镨、钕、钡、镁和铝含量。全谱直读等离子体发射光谱仪测定参考条件为:分析波长:Zr 339.197nm，Ce 413.764nm 及 418.660nm，La 379.478nm, Pr 414.311nm 及422.293nm，Nd 424.738nm，Ba 233.527nm，Mg 279.077nm，Al 308.215nm。仪器工作条件:观察高度为等离子体上方15mm ;等离子体(冷却气)流量为15L/min分钟、辅助气流量为0.3L/min、雾化器流量为0.8L/min ;试样提升量1.5mL/min ;输入功率为1200W ;自动积分时间I?1s.重复测定次数3次。
[0010]步骤①所述的样品量为0.lg，溶剂为12mL HCl+3mLHN03+2mL Η202+0.5mLHF，容器为聚四氟乙烯消化罐；
[0011]步骤②所述的仪器为全谱直读等离子体发射光谱仪；测定参考波长为:Zr339.197nm，Ce 413.764nm 及 418.660nm，La 379.478nm，Pr 414.31Inm 及 422.293nm，Nd424.738nm, Ba 233.527nm，Mg 279.077nm,Al 308.215nm0 仪器测定参考条件为:观察高度为等离子体上方15cm ;等离子体(冷却气)流量为15L/min分钟、辅助气流量为0.2L/min、雾化器流量为0.8L/min ;试样提升量1.5mL/min ;输入功率为1300W ;自动积分时间I?1s.重复测定次数3次。这些条件根据仪器不同可以选择。
[0012]本发明依据的原理是:热压溶解法，一般是将物料与溶剂同置于封闭容器中，较难溶的物质能在比溶剂沸点高的温度下分解，加热产生高压使之溶解。电热烘箱主要是一种采用电力加热烘箱的方式进行工作的一种烘箱设备，根据需求可对其温度进行适当控制，常用的使用温度为50-200°C，将聚四氟乙烯消化罐和烘箱结合起来使用具有性能稳定、安全性高、操作简单、成本低等特点。而几种混合酸试剂的组合，能够保证复杂物料的全溶解。盐酸的作用是提供物料溶解所需的Cl原子及形成稳定的络合物所需要的Cl离子，从而有利于溶解反应的进行；过氧化氢的作用是氧化盐酸中氯离子产生新生态的氯原子氧化溶解难溶物料；硝酸和过氧化氢组合是溶解稀土元素的最佳试剂；HF的加入是为了溶解锆、钛等高熔点的金属元素，但控制HF的加入量非常重要，因为过量的HF会和稀土元素结合生成沉淀物，反而使稀土元素的测定结果偏低。所以对试剂的加入量要掌握一定的度，以保证所需各元素的