СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ В ПРИСУТСТВИИ ОКСИДОВ АЗОТА Российский патент 1998 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для экспресс-определения содержания диоксида серы в промышленных выбросах, в частности в дымовых газах.

Известен метод определения диоксида серы в промышленных выбросах с помощью индикаторных трубок в диапазоне концентраций 0,5-10 г/м³. По данному методу определенный объем газа протягивают через индикаторную трубку. Концентрацию диоксида серы определяют по длине прореагировавшего слоя индикаторной массы. Индикаторная масса для этих трубок готовится путем пропитывания силикагеля раствором с pH 4-7, содержащим иодат калия, крахмал и хлористый цинк с последующей сушкой до остаточной влажности 35-44%
Однако данный метод не охватывает диапазон концентраций диоксида серы, встречающийся в промышленных выбросах, то есть ниже 0,5 г/м³.

Присутствующие в промышленных выбросах оксиды азота при определении концентрации диоксида серы дают большую погрешность при измерении. Поэтому известно, что сначала проводят селективное поглощение диоксида азота с помощью фильтрующих патронов, заполненных массой, пропуская предварительно 2 л газовой пробы со скоростью 0,4 л/мин, а затем газ отбирают на анализ. Массу для патрона готовят путем пропитывания силикагеля мелкопористого 10-12,5%-ным спиртовым раствором антраниловой кислоты из расчета на 1 г силикагеля 0,5 мл кислоты.

Известен также способ определения диоксида серы с помощью индикаторных трубок в диапазоне концентраций 0,0002-0,007 об. (5,7-200 мг/м³). По данному методу пробу газа протягивают через индикаторную трубку. Концентрацию диоксида серы определяют по длине прореагировавшего слоя индикаторной массы, так как длина является функцией концентрации. Индикаторную массу готовят путем обработки силикагеля раствором с pH 3,4-3,8, содержащим крахмал и иод.

Известный способ не позволяет определить содержание диоксида серы в промышленных выбросах в диапазоне концентраций от 0,001 до 0,75 г/м³. Кроме того, оксиды азота, присутствующие в промышленных выбросах и химически взаимодействующие с индикаторной массой, дают большую погрешность при измерении.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения диоксидов серы в присутствии оксидов азота индикаторными трубками, включающий пропускание пробы газа через фильтрующий патрон, содержащий твердый носитель шамот, пропитанный поглотительным раствором, содержащим сульфат меди и дифениламин, и индикаторный слой, в качестве которого используют силикагель, пропитанный раствором, содержащим крахмал и иод, а по длине изменившего окраску индикаторного слоя судят о концентрации диоксида серы.

Однако в известном способе диапазон измеряемых концентраций диоксида серы составляет 0,03-0,2 мг/л (или г/м³); малая емкость твердого носителя - шамота в фильтрующем патроне не позволяет полностью устранить влияние оксидов азота, встречающихся в промвыбросах, и вызывает большую погрешность измерения.

Задача изобретения расширение диапазона измерения диоксида серы в промышленных выбросах индикаторными трубками в присутствии оксидов азота.

Для решения поставленной задачи пробу газа пропускают через фильтрующий патрон индикаторной трубки, содержащий твердый носитель, пропитанный поглотительным раствором, и через индикаторный слой, в качестве которого используют силикагель, пропитанный раствором, содержащим иод, и оценку концентрации диоксида серы по длине изменившего окраску индикаторного слоя, при этом в качестве твердого носителя в фильтрующем патроне используют крупнопористый силикагель, в качестве поглотительного раствора используют спиртовый раствор антраниловой кислоты из расчета 5-7,6 г антраниловой кислоты на 100 г силикагеля, силикагель высушивают до остаточной влажности 8-12% содержание иода в пропитывающем растворе индикаторного слоя составляет 0,04-0,095 г иода на 100 г силикагеля при pH раствора 2,4-2,8, причем данный раствор дополнительно содержит крахмал, или 0,3-0,4 г иода на 100 г силикагеля при pH раствора 3,4-3,8.

Поглощение оксидов азота, присутствующих в газовой пробе, происходит в фильтрующем патроне индикаторной трубки, заполненном массой крупнопористого силикагеля, пропитанного спиртовым раствором антраниловой кислоты из расчета на 100 г силикагеля 5-7,6 г антраниловой кислоты с последующей термосушкой до остаточной влажности 8-12%
Использование крупнопористого силикагеля в фильтрующем патроне заявляемого способа увеличивает сорбционную емкость фильтрующего патрона по отношению к оксидам азота.

Сушка массы до остаточной влажности 8-12% необходима для получения четкой границы прореагировавшего слоя индикаторной массы при анализе диоксида серы в присутствии оксидов азота. Влажность более 12% вызывает размытость границы прореагировавшего слоя. При влажности массы менее 8% снижается эффективность улавливания оксидов азота, что в свою очередь приводит к увеличению погрешности анализа за счет влияния оксидов азота на массу индикаторного слоя, что подтверждается примерами конкретного выполнения (таблица 1).

Зависимость погрешности измерения диоксида серы от количества антраниловой кислоты приведена в таблице 2.

Для определения концентрации диоксидов серы в промышленных выбросах в присутствии оксидов азота в диапазоне от 0,001 до 0,07 г/м³ после фильтрующего патрона размещают индикаторный слой, массу для которого готовят из силикагеля, пропитанного раствором с pH 2,4-2,8, содержащим иод и крахмал, из расчета на 100 г силикагеля 0,04-0,095 г иода (N 1), тем самым увеличивая диапазон измерения с 0,03 г/м³ (0,03 мг/л) до 0,07 г/м³ (таблицы 3, 4).

Для определения концентрации диоксидов серы в диапазоне от 0,01 до 0,75 г/м³ готовят индикаторную массу N 2 путем пропитки силикагеля раствором с pH 3,4-3,8, содержащим иод, из расчета на 100 г силикагеля 0,3-0,4 г иода, размещая ее после массы фильтрующего патрона.

Предлагаемая масса не содержит крахмала, количество иода на 100 г силикагеля составляет 0,3-0,4 г. Это позволило расширить диапазон измеряемых концентраций с 0,2 мг/л (0,2 г/м³) (6) до 0,75 г/м³ (таблицы 5, 6).

Предлагаемые pH пропитывающих растворов необходимы для создания оптимальных условий реакции между диоксидом серы и индикаторной массой, что повышает точность анализа.

Концентрацию диоксида серы в присутствии оксидов азота в промышленных выбросах определяют по состоянию индикаторного слоя, то есть по длине прореагировавшего (изменившего окраску) слоя массы. Концентрация определяется также ценой деления шкалы трубки, выраженной в мм.

Примеры конкретного использования
Пример 1.

Для измерения диоксида серы в диапазоне концентраций 0,001-0,07 г/м³ готовятся две массы: для фильтрующего патрона и индикаторная. Масса для фильтрующего патрона готовится следующим образом. 100 г силикагеля крупнопористого пропитывают 46 см³ спиртового раствора, содержащего 7,0 г антраниловой кислоты и сушат при t 120^oC до остаточной влажности 10%
Индикаторная масса N 1 готовится следующим образом. 100 г силикагеля крупнопористого пропитывают 60 см³ 0,2% крахмала, приготовленного на цитратно-фосфатном буферном растворе с pH 2,6. После 10 минутной выдержки силикагель обрабатывают этим же буферным раствором, содержащим 0,08 г иода.

Полученными массами заполняют стеклянные трубки. Пробу газа последовательно пропускают через фильтрующий патрон и индикаторный слой. Под воздействием диоксида серы индикаторный слой меняет свою окраску с синего цвета на белый. О концентрации диоксида серы судят по длине изменившего окраску слоя.

В табл. 1, 2 представлены зависимости погрешности измерения диоксида серы в присутствии оксидов азота от содержания антраниловой кислоты и влажности массы фильтрующего патрона. Четкая граница прореагировавшего слоя индикаторной массы наблюдается при содержании антраниловой кислоты в пределах 5,0-7,6 г на 100 г силикагеля и влажности массы 8-12% Увеличение содержания антраниловой кислоты нецелесообразно, так как в связи с ограниченной ее растворимостью необходимо увеличивать количество пропитывающего раствора. Это ведет к увеличению времени сушки массы, что ухудшает технологичность процесса. Уменьшение содержания антраниловой кислоты приводит к снижению эффективности улавливания оксидов азота в фильтрующем патроне, вследствие чего увеличивается погрешность измерения диоксида серы. Это же характерно и для массы, высушенной до остаточной влажности 7% Повышение влажности массы приводит к размытости границы прореагировавшего слоя в индикаторной трубке.

Зависимость длины прореагировавшего слоя индикаторной массы при измерении диоксида серы в диапазоне 0,001-0,07 от содержания иода и pH пропитывающего раствора приведена в табл. 3 и 4. При содержании иода 0,040-0,095 г на 100 г силикагеля и значениях pH 2,4-2,8 наблюдается оптимальная чувствительность индикаторной массы, которая характеризуется длиной прореагировавшего слоя (l), четкой границей раздела слоев и наибольшей разницей в показаниях индикаторной трубки по длине прореагировавшего слоя Δl в начале и конце диапазонных измеряемых концентраций. Чем больше Δl тем больше миллиметров приходится на единицу измеряемой концентрации, тем точнее анализ. Минимально определяемая концентрация с помощью заявляемой индикаторной массы N 1 составляет 0,005 г/м³.

Пример 2.

Для измерения диоксида серы в диапазоне концентраций 0,01-0,75 г/м³ индикаторную массу N 2 готовят следующим образом. 100 г силикагеля крупнопористого пропитывают 80 см³ цитратно-фосфатного буферного раствора с pH 3,5, содержащего 0,38 г иода. Масса для фильтрующего патрона готовится по примеру N 1. Пробу газа последовательно пропускают через фильтрующий патрон и индикаторный слой. Под воздействием диоксида серы индикаторный слой меняет свою окраску с желтого цвета на белый. О концентрации диоксида серы судят по длине изменившего окраску слоя.

В табл. 5 и 6 представлены экспериментальные данные зависимости длины прореагировавшего слоя индикаторной массы от содержания иода и pH пропитывающего раствора. Четкая граница, наибольшая длина прореагировавшего слоя (l) и разница в показаниях индикаторных трубок по длине прореагировавшего слоя Δl в начале и конце диапазона измеряемых концентраций наблюдается при содержании иода 0,3-0,4 г на 100 г силикагеля и значениях pH 3,4-3,8. Максимальная определяемая концентрация с помощью заявляемой индикаторной массы N 2 составляет 0,75 г/м³.

Пример 3.

Пробу газа, содержащую диоксид серы и оксиды азота анализировали с помощью индикаторных масс N 1 и N 2, приготовленных по примеру 1 и 2 с фильтрующим патроном и без него. Без фильтрующего патрона погрешность измерения диоксида серы в присутствии оксидов азота может достигать 60-70% см. табл. 7 и 8.

Использование: газовый анализ и экспресс-определение содержания диоксида серы в промышленных выбросах, в частности в дымовых газах. Сущность изобретения: пробу газа последовательно пропускают через два слоя сорбционный и индикаторный. Массу для сорбционного слоя готовят путем пропитывания силикагеля спиртовым раствором антраниловый кислоты, а массу для индикаторного слоя готовят в зависимости от измеряемых концентраций. В диапазоне от 0,001 до 0,07 г/м³ массу индикаторного слоя готовят из силикагеля, обработанного раствором с pH 2,4-2,8, содержащим иод и крахмал. В диапазоне от 0,01 до 0,75 г/м³ массу для индикаторного слоя готовят из силикагеля, обработанного раствором с pH 3,4-3,8, содержащим иод. При этом сорбционный слой поглощает оксиды азота, которые дают большую погрешность измерения, прореагировавшая масса индикаторного слоя (длина изменившего окраску слоя) показывает концентрацию диоксида серы в газовой пробе. Концентрацию определяют также ценой деления шкалы трубки, выраженной в мм. 8 табл.

Способ определения диоксида серы в присутствии оксидов азота, включающий пропускание пробы газа через фильтрующий патрон индикаторной трубки, содержащий твердый носитель, пропитанный поглотительным раствором, и через индикаторный слой, в качестве которого используют силикагель, пропитанный раствором, содержащим иод, и оценку концентрации диоксида серы по длине изменившего окраску индикаторного слоя, отличающийся тем, что в качестве твердого носителя в фильтрующем патроне используют крупнопористый силикагель, в качестве поглотительного раствора используют спиртовой раствор антраниловой кислоты из расчета 5 7,6 г антраниловой кислоты на 100 г силикагеля, силикагель высушивают до остаточной влажности 8 12% содержание иода в пропитывающем растворе индикаторного слоя составляет 0,04 0,095 г иода на 100 г силикагеля при рН раствора 2,4 2,8, причем данный раствор дополнительно содержит крахмал, или 0,3 0,4 г иода на 100 г силикагеля при рН раствора 3,4 3,8.1