Способ получения адсорбента для анализа галогенов в газе Советский патент 1983 года по МПК B01D53/02 B01J20/10 

00

ч1

со

00 4 Изобретение относится к способам получения адсорбентов для газового микроанализа, преимущественно для о ределения малых концентраций галоге нов в воздухе, и может быть использо вано в химической промышленности, са нитарно-гигиенических и геологических исследованиях.. Известен способ получения поглот теля галогенов путем растворения в в да щелочи. Жидкие химические поглотители, приготовленные данным способом, позволяют улавливать галогены независимо от форм их нахождения в воздухе (в виде неорганических либо органических соединений, аэрозолей, в эле ментарном состоянии ll . Однако жидкие поглотители неудоб ны в работе, особенно при транспортировках в полевых условиях, что ог раничивает их использование. Известен также способ получения твердого адсорбента галогенов путем пропитки пористой основы шамота) раствором едкого или йодистого калия 2 , Однако полученные данными способами поглотители непригодны для последующего определения малых до 25 нг/м) концентраций галогенов в воздухе из-за неполноты десорбции и сложности регенерации поглотителя. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ полу чения адсорбента галогенов для анализа атмосферного воздуха путем осаж дения бикарбоната на стеклянные трубы при кристаллизации раствора зЗНедостатками известного способа я ляются низкая чувствительность (толь ко до микрограмм на м ) и плохая транспортабельность приготовляемого адсорбента. Вследствие указанных недостатков данные поглотители пригодны только для стационарных длительных наблюдений, например, санитарногигиенического характера и не могут быть использованы в геологических ис следованиях, например, с целью поиска рудных месторождений. Цель изобретения - повышение чувствительности адсорбента. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения адсорбента для анализа галогенов в газе, включающему обработку стеклянной основы химическим реагентом, в качестве стеклянной основы используют стеклянную крошку фракции 1-3 мм, а обработку ведут спиртоглицериновым раствором щелочи состава, мас.%: Щелочь2-3 Глицерин 3-5 Этиловый спирт Остальное с послед вдщей сушкой при 30-40 С до влажности 5-iO. Перед обработкой стеклянную крошку промывают последовательно 10-20 ным раствором щелочи, водой, 2-5%ным раствором азотной кислоты и дистиллированной водой. Размеры Мастиц стеклянной круп имеют важное значение для полноты улавливания галогенов и, следовательно, чувствительности приготовленного поглотителя. Так, полнота улавливания фтора при протягивании воздуха через слой сорбента толщиной 50 мм с увеличением размеров частиц выше 3 мм резко падает см. таол. i , Для достижения требуемой полноты улавливания приходится увеличивать слой сорбента до 3- кратного, что создает неудобства в работе

Степень улавливания фто98,1 ра, %

Таблица 1

96,0 93,5 92,3 80,1 60,3

Для определения нанограммовых концентраций галогенов приемлемой может считаться степень улавливания не менее 93 поэтому следует использовать стеклянную крупку с размером частиц не более 3 мм. При использовании крупки с размером частиц менее 1 мм резко возрастает сопротивление слоя сорбента ( падает скорость протягивания воздуха.

Решающим фактором для чувствительности адсорбента является качество получаемой активной пленки, которое определяется вязкостью последней и крупностью образующихся кристаллов щелочи. Крупность кристаллов в пленке зависит от концентрации щелочи в исходном растворе. Мелкие, относительно равномерно распределенные кристаллы образуются при концентрации щелочи 1-3. При концентрации щелочи выше 3 образуются чересчур крупные крисНа поверхности крупис этиленгликонок стекла видна жидкость с кристалликами едкого кали

с глицерином

Пленка на стеклянной крупке более плотная, видны крис,таллики едкого кали

Пленка на стеклянной

с глицерином крупке более вязкая,тянется за иглой, но не стекает с крупинок стеклаСпирт с этиленгликолем

Пленка нужного качества образуется при использовании спиртоглицеринового раствора щелочи. При концентраталлы, которые неравномерно распределяются по поверхности адсорбента, а также осыпаются при транспортировке. При концентрации щелочи менее 2% степень улавливания йода ниже 93%, поэтому для осуществ.ления способа следует использовать растворы с концентрацией щелочи от 2 до 3%.

Для выбора растворителя щелочи испытывали ряд пленкообразующих раст воров: ацетоноглицериновый, ацетоноэтиленгликолевый спиртоглицериновый. этиленгликолевый, спиртоэтиленгликолевый, водноглицериновый, спиртоглицериновый. При использовании водноглицеринового раствора щелочи получат ется пленка неравномерной тощины и возникают трудности при сушке.

В табл. 2 для сравнения приведены .

: пленки, полученные на различных основах.

Т а б л

и ц а

Жидкость смачивает стеклянную крупку, в ней видны кристаллики едкого кали размером около 0,01 мм

Пленка более плотная,кристаллики мелкие, они лучше задерживают пленку жидкости на поверхности стекла

Пленка еще менее подвижная, кристаллики щелочи внутри пленки очень мелкие, распределены равномерно

ции глицерина в спиртоглицериновом растворе удается получить пленку с оптимальной вязкостью и крупПленка менее вязкая, чемКрисатллы аналогичны варианв варианте 3 но болеету 3, но более крупные. Пленвязкая, чем в обоих ва-ка покрывает кристаллы щелориантах ацетонового раст-чи вора

ностью кристаллов щелочи. Степень улавливания фтора, брома и йода такой пленкой составляет от 93 до 98.

Заметны крупные капли раствора, которые стекают с поверхности стек- 5 лянной основы, при этом пленка на -поверхности поглотителя не образуется. Сушка обработанного поглотителя

Степень улавлива50 70 йода, %

500 100 25 25 25 Если сорбент оказывается пересушенным, его приходится при использовании в жаркую сухую погоду непосред ственно перед работой специально увлажнять (перед сосудом с поглотителём ставится смоченный дистиллированной водой фильтр). Влажность сорбента выше 10% вызывает снижение чувствительности и сте пени улавливания за счет потерь активного сорбента с проходящим воздухом. Способ осуществляют следующим образом. Бой светлого стекла (предпочтительно оконного) измельчают в ступе, выделяют фракцию менее 3 мм, просеивают через сито 1 мм для удаления ме лочи, промывают 10-20 -ным раствором щелочи для снятия жировой пленки и пыли, далее водой и раствором азотной кислоты, затем тщательно отмывают проточной и дистиллированной водой, сушат в сушильном шкёфу при температуре около . Используют количества растворов щелочи и кислоты, достаточные для очистки поверхнос ти крупки до видимой чистоты, обыч но 3-5-кратные от веса крупки. Состав пленкообразующего раствора мас.%: Щелочь (КОН, КНСО) и т.п.2-3 Глицерин

притемпературах выше 40С приводит к растрескиванию и даже сгоранию пленки.

Конечная влажность сорбента влияет на его улавливающую способность и чувствительность последующего анализа см. табл. 3 .

Т а б л и

ц а 3

85

9

97 97

60

ko Этиловый спирт Остальное В процессе приготовления поглотителя соотношение массУ крупки и пленкообразующего раствора поддерживают в пределах Т : Ж 8:1 + 12:1, предпочтительно 10р1, или в мас.: Спиртоглицериновый раствор щелочи 8-11 Стеклянная крупка89-92При использовании меньших количеств пленкообразующего раствора ( например, уже при Т:Ж « 13:1) активное покрытие получается неравномерным, что ухудшает качество поглотителя. При избытке раствора (в частности, уже при Т:М 7:1) часть реактива стекает и бесполезно теряется, а также удлиняется продолжительность сушки. Обработку стеклянной крупки раствором щелочи проводят при комнатной температуре .в течение 2-3 мин при тщательном перемешивании, далее немедленно сушат в течение 40-60 мин при также при перемешивании. Окончание сушки устанавливают по полному исчезновению aariaxa спирта. Стеклянную крупку, а также готовый сорбент во избежание избыточного увлажнения и загрязнения галогенами до анализа следует хранить в стеклянном сосуде с притертой пробкой.

Готовый сорбент может храниться в этих условиях 8 течение месяца, что весьма удобно при проведении полевых работ.

.

Для десорбции галогенов с поверхности адсорбента последний обрабатывают свежеперегнанной дистиллированной водой, полученный раствор отделяют от крупки и анализируют известны-, ми методами, а крупку сушат и повторно обрабатывают описанным образом. Следовательно, одну и ту же стеклянную основу можно использовать многократно.

Пример 1. Готовят стеклянную крупку описанным образом, выделяют фракцию -3+2 мм и обрабатывают 2%-ным раствором едкого кали в 3 ном растворе глицерина в спирте, далее сушат при 30 С до влажности 5%. Полученный сорбент используют для определения концентра ций фтора в почвенном воздухе в полевых условиях. Поглотитель помещают в стеклянные пробирки с сетчатым дном диаметром 10 мм и длиной 60 мм, толщина слоя сорбента 50 мм. Скорость протягивания воздуха при исследованиях составляет 2-5 л/мин.

При использовании указанного сорбента были определены концентрации фтора в почвенном воздухе от бОООО до Q нг/м, при этом степень улавливания во всем указанном диапазоне со ставляла .

Пример 2. Готовят стеклянную крупку, как указано ранее, выделяют фракцию -3+1 мм, обрабатывают 3%-ным раствором бикарбоната калия в .растворе-глицерина в спирте и сушат, при 0°С до влажности около 20%. Полученный сорбент используют для определения концентраций йода над грязевыми вулканами. Аппаратура и режим поглощения аналогичны описанному в примере 1.

С помощью указанного г оглотителя определены концентрации йода в воздухе от 20000 до 25 нг/м при степени улавливания 93-95.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ обеспечивает получение сорбента, обладающего весьма высокой чувствительностью.

В табл. k приведены сравнительные данные, полученные более чем-на 400 пробах воздуха, по улавливанию галоген жидким поглотителем и адсорбентом, приготовленным согласно данному способу (Пленочный адсорбент f.

о а rf

о

о о

о «м

О

о

О

о

о f

о

чО

LA

ил

rf

1Л

1Г

оо

о о о lf

оо

ог.

о

NO

.JT

1Л

оо

о

о о о

оо

1Л

1ЛГ.

смfN)

1Л

1Л

1Л

1Л

оо

о

о о

оо

1ЛГ

см см

.13 103793 I

При концентрациях галогенов в воз-собности сохранять поглотительныедухе более 5000 нг/м пленочный ад-свойства при длительном хранении, что

сорбент улавливает большое количест-позволяет использовать его в полево йода и фтора при степени улавли-вых маршрутных исследованиях, вания не менее 93-95% а в некоторых

случаях и . Следовательно, по , У сорбента, приготовленного согласполиоте поглощения галогенов, опре-но предлагаемому способу, по сравделяющей точность последующего анали- .ненип с прототипом (сорбентом, полуза, Нленочный сорбент вполне сопо-ченным путем осаждения бикарбоната

ставим с жидким, на в то же время fgпри кристаллизации из раствора на попревосходит его по эксплуатационнымверхности стеклянных трубок) чувствикачествам: транспортабельности, спо-тельность не менее, чем в «О раз выше.