CN103316638A

CN103316638A - 一种吸收烃类气体中nr3化合物的固体吸收剂及其应用

Info

Publication number: CN103316638A
Application number: CN2012100771912A
Authority: CN
Inventors: 张月琴
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-25

Abstract

一种吸收烃类气体中NR₃化合物的固体吸收剂，包括0.2～10.0质量％的草酸和90.0～99.8质量％的硅藻土，所述NR₃化合物中的R可相同或不同，分别选自氢或C₁～C₂的烷基。该吸收剂可选择性地吸收富集烃类气体中的NR₃化合物，而对烃类气体中的其它组分不产生吸收作用。用该吸收剂制成吸收管可富集烃类气体中NR₃化合物，从而准确检测出烃类气体中所含微量NR₃化合物的含量。

Description

一种吸收烃类气体中NR3化合物的固体吸收剂及其应用

技术领域

本发明为一种吸收气体中所含碱性化合物的固体吸收剂及其应用，具体地说，是一种吸收烃类气体中氨及胺类化合物的固体吸收剂，以及使用该固体吸收剂测定烃类气体中氨及胺类化合物含量的方法。

背景技术

气体中的微量氨气及胺类化合物采用常规气相色谱分析法常常会因为色谱峰拖尾和检测限偏高而无法检测。而气体中的微量氨气在一些场合是必须检测的项目，比如在大气、工艺气体过程分析中，尤其是对石油炼制过程产生的炼厂气中微量氨气及胺类化合物的分析。目前气体中微量氨气的标准分析方法是采用液体吸收富集-分光光度法检测。这种方法现场采样比较麻烦，液体容易在携带及采样过程中溢出。因此，迫切需要研制一种炼厂气中微量氨气及胺类化合物的分析方法。

“离子色谱法测定空气中的氨气”(中国卫生检验杂志，Jan 2006；Vol 16：No.1，P64～65)一文以浓度0.005mol/L的稀硫酸作为吸收液，使待测的空气通过吸收液，大气中的NH₃转换为NH₄ ⁺，采样后，吸收液经0.2μm微孔膜过滤后直接注入离子色谱，分析其中的铵离子浓度，再由采气体积计算空气中氨含量。

“用浸渍草酸的滤膜法测定大气中的氨”(中国环境监测，P29～31，Vol.4No.2，1988)一文将49型玻璃纤维滤材用4％草酸溶液浸泡10分钟，再烘干，用于收集空气中的氨气，收集效率达到92～98％。滤材样品用去离子水沥取，铵离子浓度用靛酚蓝法分析，用630nm处测定的吸光度测定NH₄ ⁺浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸收烃类气体中NR₃化合物的吸收剂及装填该吸收剂的吸收管，所述的吸收剂可以选择性地吸收富集烃类气体中的NR₃化合物，而对烃类气体中的其它组分不产生吸收作用。

本发明的另一个目的是提供一种测定烃类气体中NR₃化合物含量的方法，该方法简便易行，能准确检测出烃类气体中所含的微量NR₃化合物的含量。

本发明提供的吸收烃类气体中NR₃化合物的固体吸收剂，包括0.2～10.0质量％的草酸和90.0～99.8质量％的硅藻土，所述NR₃化合物中的R可相同或不同，分别选自氢或C₁～C₂的烷基。

本发明将草酸负载于硅藻土上制得固体吸收剂，该吸收剂适于烃类气体中NH₃及胺类化合物的吸收富集，较之液体吸收剂，更适于现场采集烃类气体中的NH₃及胺类化合物。将固体吸收剂吸收的NH₃及胺类化合物解吸后，将解吸得到的吸收液用离子色谱检测，可测定烃类气体中的NH₃及胺类化合物的含量。

具体实施方式

本发明将草酸溶于水制成溶液，再用上述溶液浸渍硅藻土制成固体吸收剂，将固体吸收剂填充到吸收管中制成吸收管。用该吸收管选择性吸收烃类气体中微量的NR₃化合物，使之转化为阳离子，用超纯水解吸后，通过离子色谱测定解吸液中的阳离子浓度，再由通过吸收管的烃类气体体积，即可计算得到烃类气体中所含各种NR₃化合物的含量。

若用草酸溶液直接吸收富集烃类气体中的NR₃化合物，一方面现场操作不方便；另一方面，当气体流速大于250mL·min^-1时，吸收液容易溢出，不利于现场应用。本发明提供的固体吸收剂可避免上述液体吸收剂的缺点，更有利于现场测定烃类气体中NR₃化合物的含量。

本发明所述的固体吸收剂优选含0.4～8.0质量％的草酸和92.0～99.6质量％的硅藻土，更优选含0.4～5.0质量％的草酸和95.0～99.6质量％的硅藻土。固体吸收剂的载体为硅藻土，优选红色硅藻土，所述的红色硅藻土的颗粒大小优选250～380微米，比表面积优选1.0～10.0米²/克、更优选2.0～8.0米²/克。

本发明固体吸收剂的制备方法包括用草酸溶液为浸渍液浸渍硅藻土载体，浸渍温度优选为20～40℃，所用浸渍液的浓度优选0.2～2.0质量％，浸渍后将固体干燥即得固体吸收剂，所述的干燥温度为150～160℃。

本发明用固体吸收剂吸收烃类气体中所含的NR₃化合物，所述的NR₃化合物为一系列符合NR₃表达式的化合物，主要为氨和胺类化合物。NR₃化合物中的R可相同或不同，可分别选自氢或C₁～C₂的烷基，当NR₃中的三个R皆为氢时，则NR₃为NH₃；当NR₃中的一个R为甲基，另外两个R为氢时，则NR₃表示NH₂(CH₃)，为甲胺，当NR₃中的两个R为甲基，另外一个R为氢时，则NR₃表示NH(CH₃)₂，为二甲胺。本发明固体吸收剂吸收的NR₃化合物可为氨气、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺和二乙胺中的任意一种或上述化合物中的任意两种或多种。

本发明所述的烃类气体优选炼厂气，其中含12.0～45.0体积％的C₁～C₄的烷烃、20.0～60.0体积％的C₁～C₄的烯烃、0.1～1.0体积％的二氧化碳和0.1～55.0体积％的氮气。

本发明提供的吸收烃类气体中NR₃化合物的吸收管，包括吸收管和装填于吸收管内的本发明所述的固体吸收剂。

本发明所述固体吸收管中的吸收管优选直管，也可以为U型管，吸收管的材质优选玻璃。所述吸收管的内直径优选2～7毫米、更优选4～6毫米，吸收管内装填的吸收剂质量优选0.2～1.0克，更优选0.5～0.8克。

本发明提供的测定烃类气体中NR₃化合物含量的方法，包括将烃类气体通入本发明所述的吸收管，NR₃化合物被吸收管中的吸收剂吸收，以阳离子形式存在，然后用超纯水将吸收剂中存在的阳离子解吸出来得到解吸液，用离子色谱测定解吸液中相应的阳离子浓度，再由相应的阳离子浓度计算烃类气体中NR₃类化合物的含量。

烃类气体中的微量NR₃化合物被固体吸收剂吸附后转化成相应的阳离子，如NH₃转化为NH₄ ⁺、甲胺转化为NH₃(CH₃)⁺，以此类推，胺类化合物均转化成相应的胺根离子。用超纯水将吸收剂中存在的阳离子解吸出来得到解吸液。所述解吸液中的阳离子可为NH₄ ⁺、NH₃(CH₃)⁺、NH₂(CH₃)₂ ⁺、NH(CH₃)₃ ⁺、NH₃(C₂H₅)⁺、NH₂(C₂H₅)₂ ⁺中的一种或上述阳离子的任意两种或多种。

所述的超纯水为电阻率大于16兆欧，优选16～18兆欧的去离子水。

本发明所述的测定烃类气体中NR₃化合物含量的方法为：将被测的烃类气体通过装填固体吸收剂的吸收管，其中的NR₃化合物被固体吸收剂吸附，转化成相应的铵根、胺根等阳离子，气体中的其它组分则不被吸附，通过固体吸收管后流出。待烃类气体通过一定时间后，停止通入烃类气体，由气体流量计确定该段时间内通过吸收管的烃类气体总量。向吸收管内通入超纯水解吸吸附剂中的阳离子，收集解吸液，用离子色谱测定解吸液中的铵根、甲胺根等阳离子的浓度，可计算出生成铵根、甲胺根等阳离子所需的相应的NR₃化合物的量，为NR₃化合物的测定量。

用吸收剂富集配制的已知NR₃含量(理论值)的模拟气体中的NR₃化合物，再经离子色谱测定及通过吸收管的气体总量计算得到模拟气体中NR₃化合物含量的测量值，测量值与理论值的比值为吸收剂对某一种NR₃化合物的吸收效率。如配制已知浓度(理论值)的含NH₃和甲胺的模拟气体，用本发明的吸收管按上述方法吸收模拟气中的NH₃和甲胺，再用超纯水解吸，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺和甲胺根浓度，由离子色谱测定得解吸液中的NH₄ ⁺和甲胺根浓度，再由通过吸收管的气体总量计算得到模拟气体中NH₃和甲胺含量的测量值。模拟气中NH₃和甲胺的测量值与NH₃和甲胺的理论值的百分比即为固体吸收管或吸收剂对气体中NH₃和甲胺的吸收效率。经多次重复实验得到吸收剂对某种NR₃化合物的平均吸收效率。根据吸收剂对某种NR₃化合物的平均吸收效率、该种气体的采气体积以及离子色谱测定的解吸液中与NR₃化合物相应的阳离子的含量，即可求得被测气体中某种NR₃化合物的浓度。

上述方法中，烃类气体通过固体吸收管的流速优选200～2100毫升/分钟，更优选200～400毫升/分钟，被测试的烃类气体中所含各单一种类的NR₃化合物的含量均小于160μL·L^-1，优选小于120μL·L^-1。

下面通过实例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。

实例1

制备本发明所述的固体吸收剂。

取40克颗粒大小为250～380微米、比表面积为4.0米²/克的红色硅藻土(型号6201，大连催化剂厂生产)置于500毫升的烧杯中，用200毫升水冲洗10次，再用去离子水洗5次，于150℃干燥12小时，得处理后的红色硅藻土。

配制100毫升浓度为0.4质量％的草酸水溶液。向其中加入40克处理后的6201红色硅藻土，25℃搅拌后静置4小时。倾出上层清液，将固体于150℃干燥4小时，得到固体吸收剂A，其中草酸含量为0.8质量％，红色硅藻土含量为99.2质量％。

实例2

按实例1的方法制备固体吸收剂C，不同的是使用的浸渍液中草酸的浓度为0.2质量％，制得的固体吸收剂C中草酸含量为0.4质量％，红色硅藻土含量为99.6质量％。

实例3

按实例1的方法制备固体吸收剂D，不同的是使用的浸渍液中草酸的浓度为2.0质量％，制得的固体吸收剂D中草酸含量为4.0质量％，红色硅藻土含量为96.0质量％。

实例4

按实例1的方法制备固体吸收剂E，不同的是使用的浸渍液中草酸的浓度为4.0质量％，制得的固体吸收剂E中草酸含量为8.0质量％，红色硅藻土含量为92.0质量％。

对比例1

按实例1的方法制备固体吸收剂F，不同的是使用的载体为石英砂，其颗粒大小为250～380微米，制得的固体吸收剂F中草酸含量为0.8质量％，石英砂含量为99.2质量％。

对比例2

按实例1的方法制备固体吸收剂B，不同的是使用的浸渍液中草酸的浓度为0.04质量％，制得的固体吸收剂B中草酸含量为0.08质量％，红色硅藻土含量为99.92质量％。

实例5

本实例考察固体吸收剂的吸收效率。

在内直径为5mm、长为200mm的玻璃管中分别装填0.8克固体吸收剂A～F制成六根吸收管。以氮气为稀释气，NH₃钢瓶标气为标准物质源，配制低NH₃含量的模拟气，其含量见表1。

将模拟气通入吸收管，其中的NH₃被吸收剂定量吸收转化，通过与吸收管连接的累积式气体流量计记录通过吸收管的气体总量，为采气体积。将富集了NH₃的各吸收管分别用超纯水解吸，超纯水的电阻率为18兆欧，共收集解吸液5毫升，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺浓度，由离子色谱测定得解吸液中的NH₄ ⁺浓度及通过吸收管的气体总量计算得到模拟气体中NH₃的测量值，并由模拟气中NH₃的浓度及通过吸收管的气体总量计算得到模拟气体中NH₃的理论值，模拟气中NH₃的测量值与NH₃的理论值的百分比即为固体吸收剂对气体中NH₃的吸收效率，各吸收剂的吸收效率见表1。

表1显示，本发明制备的固体吸收剂，较之对比例制得的吸收剂F、B，具有较高的吸收效率。

实例6

按实例1的方法制备固体吸收剂，不同的是6201红色硅藻土的粒径为390～550μm，制得的固体吸收剂G中草酸含量为0.8质量％，红色硅藻土含量为99.2质量％。

表1

实例7

按实例1的方法制备固体吸收剂，不同的是6201红色硅藻土的粒径为180～240μm，制得的固体吸收剂H中草酸含量为0.8质量％，红色硅藻土含量为99.2质量％。

实例8

在内直径为5mm，长为200mm的玻璃管中分别装入0.8克固体吸收剂A、G、H制成三根固体吸收管。按实例5的方法配制含NH₃的氮气为模拟气，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺浓度，计算各固体吸收管装填的吸收剂对模拟气中NH₃的吸收效率，结果见表2。

表2显示，当6201红色硅藻土的粒径为250～380微米时，固体吸收剂具有较高的NH₃吸收效率。

表2

实例9

本实例考察吸收管内直径对测定结果的影响。

在内直径为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm，长为200mm的玻璃管中分别装入0.8克固体吸收剂A制成五根吸收管。

按实例5的方法配制含NH₃的氮气为模拟气，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺浓度，计算各固体吸收管对模拟气中NH₃的吸收效率，结果见表3。

表3显示，吸收管的内直径为4～7mm时，固体吸收管具有较好的NH₃吸收效率。

表3

实例10

本实例考察吸收管中固体吸收剂装填量对NH₃吸收效率的影响。

在内直径为5mm、长为200mm的玻璃管中分别装填0.4克、0.5克、0.6克、0.7克、0.8克、0.9克、1.0克的固体吸收剂A，共制成七根固体吸收管。

按实例5的方法配制含NH₃的氮气为模拟气，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺浓度，计算各固体吸收管对模拟气中NH₃的吸收效率，结果见表4。

表4显示，吸收管的固体吸收剂装填量为0.4～1.0克时，NH₃的吸收效率基本相同。

表4

实例11

本实例考察气体中NH₃的含量对NH₃吸收效率的影响。

在内直径为5mm、长为200mm的玻璃管中装填0.8克的固体吸收剂A制成固体吸收管。

按实例5的方法配制不同NH₃含量的氮气为模拟气，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺浓度，计算固体吸收管对不同NH₃含量的模拟气中NH₃的吸收效率，结果见表5。

表5显示，当气体样品中NH₃的含量大于162μL·L^-1时，采气体积大于2.7L，即通过吸收剂的气体中含有的NH₃的质量高于276μg时，固体吸收管对NH₃的吸收效率开始下降。

表5

实例12

本实例考察气体中甲胺的含量对甲胺吸收效率的影响。

在内直径为5mm、长为200mm的玻璃管中装填0.8克的固体吸收剂A，制成I、J两根吸收管。

配制低NH₂(CH₃)含量的氮气为模拟气，其含量见表6。

将模拟气通入吸收管，其中的NH₂(CH₃)被吸收剂定量吸收转化，通过与吸收管连接的累积式气体流量计记录通过吸收管的气体总量，为采气体积。将富集了NH₂(CH₃)的吸收管用超纯水解吸，超纯水的电阻率为18兆欧，共收集解吸液5毫升，用离子色谱测定解吸液中NH₃(CH₃)⁺的浓度，通过计算得到模拟气体中NH₃(CH₃)浓度的测量值，由模拟气中NH₂(CH₃)的浓度及通过吸收管的气体总量计算得到模拟气体中NH₂(CH₃)浓度的理论值，模拟气中NH₂(CH₃)浓度的测量值与NH₂(CH₃)浓度的理论值的百分比即为固体吸收管对气体中甲胺的吸收效率，各吸收管的吸收效率见表6。

表6

实例13

使用本发明所述方法测定烃类气体中NR₃类化合物的含量。

在内直径为5mm、长为200mm的玻璃管中分别装填0.8克的固体吸收剂A制成吸收管。

将组成如表7的烃类气体分别通过装填固体吸收剂的吸收管，其中的NH₃及甲胺被吸收管吸收。采样完毕，记录经过气体吸收管的气体体积，为采样体积。用超纯水解吸吸附的NR₃类化合物，收集解吸液，用离子色谱测定解吸液中的NH₄ ⁺、甲铵根的浓度，计算得出烃类气体中NH₃和甲胺的浓度，三种气体样品的测定结果见表8。

表7

表8

Claims

1.一种吸收烃类气体中NR₃化合物的固体吸收剂，包括0.2～10.0质量％的草酸和90.0～99.8质量％的硅藻土，所述NR₃化合物中的R可相同或不同，分别选自氢或C₁～C₂的烷基。

2.按照权利要求1所述的固体吸收剂，其特征在于所述的NR₃化合物为氨气、甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺和二乙胺中的任意一种或上述化合物中的任意两种或多种。

3.按照权利要求1所述的固体吸收剂，其特征在于所述的吸收剂中含0.4～5.0质量％的草酸和95.0～99.6质量％的硅藻土。

4.按照权利要求1所述的固体吸收剂，其特征在于所述的硅藻土为红色硅藻土。

5.按照权利要求4所述的固体吸收剂，其特征在于所述的红色硅藻土的颗粒大小为250～380微米，比表面积为1.0～10.0米²/克。

6.按照权利要求1所述的固体吸收剂，其特征在于所述的烃类气体为炼厂气，其中含12.0～45.0体积％的C₁～C₄的烷烃、20.0～60.0体积％的C₁～C₄的烯烃、0.1～1.0体积％的二氧化碳和0.1～55.0体积％的氮气。

7.一种吸收烃类气体中NR₃化合物的吸收管，包括吸收管和装填于吸收管内的权利要求1所述的吸收剂。

8.按照权利要求7所述的吸收管，其特征在于所述吸收管的内直径为2～7毫米，装填所述吸收剂的量为0.2～1.0克。

9.按照权利要求7所述的吸收管，其特征在于所述的吸收管为U型或直管型的玻璃管。

10.一种测定烃类气体中NR₃化合物含量的方法，包括将烃类气体通入权利要求7所述的吸收管，NR₃化合物被吸收管中的吸收剂吸收，以阳离子的形式存在，然后用水将吸收剂中存在的阳离子解吸出来得到解吸液，用离子色谱测定解吸液中相应的阳离子浓度，再由相应的阳离子浓度计算烃类气体中NR₃化合物的含量。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于所述的烃类气体为炼厂气，其中含12.0～45.0体积％的C₁～C₄的烷烃、20.0～60.0体积％的C₁～C₄的烯烃、0.1～1.0体积％的二氧化碳和0.1～55.0体积％的氮气。

12.按照权利要求10所述的方法，其特征在于所述解吸液中的阳离子为NH₄ ⁺、NH₃(CH₃)⁺、NH₂(CH₃)₂ ⁺、NH(CH₃)₃ ⁺、NH₃(C₂H₅)⁺和NH₂(C₂H₅)₂ ⁺中的一种或上述阳离子的任意两种或多种。

13.按照权利要求10所述的方法，其特征在于测定的烃类气体中所含各单一种类的NR₃化合物的含量均小于160μL·L^-1。

14.按照权利要求10所述的方法，其特征在于将吸收剂中存在的阳离子解吸出来的水的电阻率大于16兆欧。