关于车用尿素中成分分析及含量测定的报告

-1-苏州市职业大学Suzhouvocationaluniversity毕业论文（设计）课题名称：关于车用尿素中成分及含量的检测专业及班级：09工业分析学号：094302138姓名：王祥硕指导教师：李邦玉、金晨龙2012年4月30号-2-目录摘要…………………………………………………………………………3引言…………………………………………………………………………41车用尿素中尿素含量的测定……………………………………………52车用尿素中碱度的测定…………………………………………………73车用尿素中甲醛含量的测定……………………………………………94车用尿素中氯化物、碳酸盐、缩二脲的测定…………………………135车用尿素中不溶物的检测………………………………………………146用火焰原子吸收光谱法测定钠、镁、钾、钙、铬、镍、铜、锌……157检测总结…………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………19致谢…………………………………………………………………………19-3-关于车用尿素中成分及含量的检测摘要近年来为满足国IV排放标准的要求，国内外重型柴油机厂家须根据油品质量确定尾气控制技术，其主要控制技术分为：选择性还原（SCR）技术和颗粒捕集器（DPF）技术。而选用SCR尾气控制技术的车辆必须添加尿素溶液作为催化还原剂，保证车辆尾气排放达标。车用尿素是SCR技术最重要的部分，它是利用约32.5%的尿素及纯水合成，当它未进入SCR转化器之前已被灼热的废气转化成阿摩尼亚，而阿摩尼亚与催化转化器内的氧化氮产生化学反应，转化成氮气和和水份，降低氮氧化合物及微粒的排放。为保证车用尿素的质量及相应的功能，在车用尿素出厂前需对车用尿素的成分进行分析及含量测定。本文将主要对车用尿素中所含成分的检测方法及实验步骤进行详细阐述，并报告车用尿素各项指标的检测数据。关键词：车用尿素，检测原理，测定方法，标液制备-4-引言欧洲重型商用车界包括DAF卡车、MercedesBenz、IVECO、MAN、Renault、Volvo、Scania等为了确保能符合新的欧盟环保法规四期EURO4及五期EURO5排放标准，皆采用SCR转化器，此系统具有降低氮氧化合物及微粒的排放，以及降低油耗2种重要特性。随着环保观念的深入，近年来我国的尾气排放标准一年一个台阶。中国将于2010年起强制执行重型柴油机国Ⅳ排放标准。而SCR(选择性催化还原技术)技术成柴油机国Ⅳ标准首选技术，国内发动机生产商都开始使用SCR技术来达到环保要求。使用SCR技术，车用尿素则成为必须的消耗品，其组成成分为32.5%的高纯尿素和67.5%的去离子水。SCR系统包括尿素罐(装载柴油机尾气处理液)，SCR催化反应罐。SCR系统的运行过程是：当发现排气管中有氮氧化物时，尿素罐自动喷出车用尿素，车用尿素在未进入SCR转化器之前已被灼热的废气转化成阿摩尼亚，而阿摩尼亚与催化转化器内的氧化氮产生化学反应，转化成氮气和和水份，从而降低氮氧化合物及微粒的排放，同时也对全求变暖起到一定作用。如果不装载车用尿素溶液、或纯度不够、或质量伪劣，都会发生车辆发动机自动减速。同时，质量伪劣的车用尿素溶液会污染SCR催化反应罐中的催化剂，造成严重后果。。其实在欧洲，2006年就已经开始实施这个政策。欧洲车用尿素溶液称为Adblue。在美国，2010年开始，随着EPA2010标准的实施，也全面加大了汽车尿素液的应用实施力度，在美国，车用尿素溶液称为DEF(DieselExhaustFluid)。主要代表有BlueDEF等。然而在国内，对于车用尿素溶液的生产目前尚属于新兴行业。因此对车用尿素的成分分析与检测以确保其符合相应标准具有十分重要的意义，在本文章中将着重对车用尿素中成分分析及含量测定所使用的方法、实验步骤及试剂进行详细阐述并报告实验所有项目的检测数据。-5-1车用尿素中尿素含量的测定1.1检测原理尿素CO(NH2)2是有机弱碱，Kb=1.3×10-14，不能满足cKb≥10-8弱碱直接被准确滴定的条件，可用浓硫酸将其转化为(NH4)2S04:CO(NH2)2+2H2S04=(NH4)2SO4+CO2↑+SO3↑CO(NH2)2+H2S04+H2O=(NH4)2SO4+CO2↑尿素CO(NH2)2经浓硫酸消化后转化为(NH4)2SO4，过量的H2SO4以甲基红作指示剂，用NaOH标准溶液滴定至溶液从红色到黄色。NH4+是一个弱酸，Ka=5.6×10-10，也不满足cKa≥10-8弱酸直接被准确滴定的条件，可用甲醛将其转化。4NH4++6HCHO=(CH2)6N4H++3H++6H2O由于生成的(CH2)6N4H+(Ka=7.1×10-6)和H+可用NaOH标准溶液滴定，滴定终点生成的(CH2)6N4是弱碱，化学计量点时，溶液的pH值约为8.7，应选用酚酞为指示剂，溶液中有两种指示剂，在滴定前溶液为红色，滴入NaOH标准溶液后，随着溶液中氢离子的减少，颜色的变化次序为红一橙一金黄（第一次）一黄一金黄（第二次）。第一次出现金黄时未到终点，此时是指示剂甲基红的颜色变化，待过纯黄后，再出现第二次的金黄，己到终点，此时是指示剂酚酞的颜色变化在起作用。1.2氢氧化钠标准滴定溶液的配置与标定（1）配制称取110g氢氧化钠，溶于100ml无二氧化碳的水中，摇匀，注入聚乙烯容器中，密闭放置至溶液清凉。按表1的规定，用塑料管量取上层清夜，用无二氧化碳的水稀释至1000ml，摇匀。表1氢氧化钠标准液配置参照表NaOH标准滴定溶液浓度[c(NaOH)]/(mol/l)NaOH溶液的体积（V/ml）1540.5270.15.4-6-（2）标定按表2的规定称取于105℃～110℃电烘箱中干燥至恒重的工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾，加无二氧化碳的水溶解，加两滴酚酞指示剂（10g/l），用配制好的氢氧化钠溶液滴定至溶液称粉红色，并保持30s。同时做空白试验。表2氢氧化钠标定参照表NaOH标准滴定溶液的浓度[c（NaOH）]/(mol/l)工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾的质量m/g无二氧化碳水的体积V/ml17.5800.53.6800.10.7550NaOH标准滴定溶液的浓度[c(NaOH)],数值以（mol/l）表示，按式①计算：)MV(V1000mc(NaOH)21...............①式中：m—邻苯二甲酸氢钾的质量的标准数值，单位为克（g）；V1—氢氧化钠溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）；V2—空白试验氢氧化钠溶液的体积的数值单位为毫升（ml）；M—邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量的数值，单位为（g/mol）[M(KHC8H4O4)=204.22]。1.3中性甲醛溶液的制备量取100ml甲醛溶液，加100ml水，摇匀，加两滴酚酞指示液（10g/l），用氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=0.1mol/l]滴定至溶液呈粉红色，并保持30s。使用前制备1.4测定方法用称样瓶称取3g（约2.8mL）样品，精确至0.0001g，置于300mL锥形瓶中，加入5mL硫酸，摇匀，瓶口置一玻璃漏斗，并使锥形瓶呈45°角置于电炉上，在通风橱中，缓缓加热至无剧烈的二氧化碳气泡逸出，煮沸，使二氧化碳逸尽。当产生硫酸白烟时，停止加热，冷却。用80mL水缓缓冲洗漏斗及瓶壁，摇匀，冷却至室温，加2滴甲基红指示液（1g/L），用氢氧化钠溶液（300g/L）中和，近终点时，用氢氧-7-化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=1mol/L]滴定至溶液呈橙黄色，冷却。加40mL中性甲醛溶液，摇匀，放置5min，用氢氧化钠标准滴定溶液[c(NaOH)=1mol/L]滴定至溶液呈橙黄色，加5滴酚酞指示液（10g/L），继续滴定至溶液呈粉红色，并保持30s。同时做空白试验。尿素的质量分数w，数值以“%”表示，按式②计算：1001000m)cM-V(Vw21...............②V1─氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；V2─空白试验氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；c─氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；M─尿素摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）[M(½H2NCONH2)=30.03]；m─样品质量的数值，单位为克（g）。1.5数据处理（1）氢氧化钠（1mol/l）的标定的数据表名称组别1234邻苯二甲酸氢钾的质量（g）0.00003.60433.60333.6008消耗NaOH的体积（ml）0.0117.7417.5817.60根据公式①得到：0006.1（NaOH）c（2）氢氧化钠滴定尿素的数据表名称组别1234车用尿素的质量（g）0.00003.00912.99923.0076消耗的NaOH的体积（ml）0.0521.8021.7021.75根据公式②得到：w=21.70％2车用尿素中碱度的测定2.1检测原理在指示液存在下，用盐酸标准滴定溶液滴定试样中的游离氨-8-2.2盐酸标准滴定溶液的配置（1）配置按表3的规定量取盐酸，注入1000ml水中，摇匀。表3盐酸标准滴定液配置参照表HCl标准滴定溶液浓度[c(HCl)]/(mol/l)盐酸的体积（V/ml）1900.5450.19（2）标定按表4的规定称取于270℃～300℃高温炉中灼烧至恒重的工作基准试剂无水碳酸钠，溶于50ml水中，加10滴溴甲酚绿-甲基红指示剂，用配好的盐酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，煮沸2分钟，冷却后继续滴定至溶液再呈暗红色，同时做空白试验。表4盐酸标定的参照表HCl标准滴定溶液浓度[c(HCl)]/(mol/l)工作基准试剂无水碳酸钠的质量（m/g）11.90.50.950.10.2盐酸标准滴定溶液的浓度[c(HCl)]，数值以（mol/l）表示，按式③计算)MV(V1000mc(HCl)21...............③m—无水碳酸钠的质量的标准数值，单位为克（g）；V1—盐酸溶液的体积的数值，单位为毫升（ml）；V2—空白试验盐酸溶液的体积的数值单位为毫升（ml）；M—无水碳酸钠的摩尔质量的数值，单位为（g/mol）[M(½Na2CO3)=52.994]。2.3碱度的检测方法称取5g（约4.6mL）样品，溶于100mL无二氧化碳的水，加2滴甲基红指示液-9-（1g/L），用盐酸标准滴定溶液[c(HCl)]=0.1mol/L]滴定至溶液呈红色。碱度（以NH3计）的质量分数w，数值以“%”表示，按式④计算：1001000m)cMV-(Vw21...............④式中：V1—盐酸标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；V2—空白试验盐酸标准滴定溶液体积的数值，单位为毫升（mL）；c—盐酸标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升（mol/L）；M—氨摩尔质量的数值，单位为克每摩尔（g/mol）[M(NH3)=17.03]；m—样品质量的数值，单位为克（g）2.4数据处理（1）盐酸的标定的数据表名称组别1234无水碳酸钠的质量（g）0.00000.19990.20030.2001消耗盐酸的体积（ml）0.0337.7537.7837.77根据公式得c(HCl)=0.1001（mol/l）（2）盐酸滴定车用尿素中碱度的数据表名称组别1234车用尿素的质量（g）0.00004.99965.00165.0023消耗的盐酸的体积（ml）0.054.855.025.11根据公式④的车用尿素的碱度w=0.17％3车用尿素中甲醛含量的测定3.1检测原理在本文章中将通过紫外可见分光光度计对车用尿素与标准甲醛溶液的吸光度进行对比，从而确定其是否符合标准（参考标准为DB11/522-2008）。-10-3.2甲醛标准溶液的制备（1）甲醛的配置标定常用色谱纯级甲醛溶液：量取50ml亚硫酸钠溶液（126g/l），置于250ml锥形瓶中，加3低百里香酚酞指示剂（1g/l），用硫酸标准滴定溶液[c（½H2SO4）=1mol/l]滴定至无色。称