一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法技术

本发明专利技术公开了一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法，包括如下步骤：1)在石油焦样品中加入醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素，并获得残渣待用；2)在步骤1)的残渣中加入盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素，并获得残渣待用；3)在步骤2)的残渣中加入醋酸铵溶液以提取石油焦中可氧化态的重金属元素，并获得残渣待用；4)在步骤3)的残渣中加入HNO3+HF+H2O2以消解石油焦中残渣态的重金属元素，以此方式，实现石油焦中重金属元素的逐级提取。本发明专利技术可实现石油焦中各形态重金属元素的有效提取，具有准确、可重复性好，耗时短的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油焦中重金属元素提取领域，更具体地，涉及一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法。
技术介绍
随着人类对能源需求的增加，石油的开采量急剧增加，石油焦的产量随之增加。石油焦的气化技术能够高效的利用石油焦，并且能够通过克劳斯工艺对石油焦中的硫进行回收，还能为炼油厂的二次加工装置提供氢气，发展潜力很大，但是石油焦灰分在长时间运行过程中引起的积灰节渣问题制约了其进一步应用。飞灰和渣的行为主要受元素在原料中原始赋存形态的影响，获取元素的原始赋存形态对于把握其后续的挥发特性及释放特性具有非常重要的意义。目前，石油焦中的重金属元素分为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、弱有机态、强有机态、残渣态等状态，重金属元素的各个状态之间存在窜相严重、结果可重复性低的问题。目前主要采用机械震荡的方式进行石油焦中重金属元素的提取，该提取方式存在提取时间长的缺点，无法广泛应用于对石油焦中的重金属元素进行形态分析。因此，为了实现石油焦中重金属元素的形态分析，急需提供一种准确、可重复性好、耗时短的石油焦重金属提取方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法，其根据石油焦中重金属元素的不同形态采用不同的提取方式进行提取，可有效避免各态元素的窜相现象，解决石油焦中重金属元素无法进行形态分析的问题，具有准确、可重复性好，耗时短的优点。为实现上述目的，本专利技术提出了一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法，包括如下步骤：(1)在石油焦样品中加入浓度为0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素，并获得残渣待用；(2)在步骤(1)的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素，并获得残渣待用；(3)在步骤(2)的残渣中加入质量浓度为30％的双氧水和浓度为1mol/L、pH为1-3的醋酸铵溶液以提取石油焦中可氧化态的重金属元素，并获得残渣待用；(4)在步骤(3)的残渣中加入HNO3+HF+H2O2以消解石油焦中残渣态的重金属元素，以此方式，实现石油焦中重金属元素的逐级提取。作为进一步优选的，所述在石油焦样品中加入浓度为0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素具体为：首先向石油焦样品中加入0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液，然后在30-35℃下超声波震荡45-60min，再在转速为3000r/min的离心机上离心20min，并分离清液与沉淀以获得残渣；接着，向获得的残渣中加入去离子水，并在振荡器上震荡15min，最后在转速为3000r/min的离心机上离心20min，获得含有可交换态的重金属元素的上清液。作为进一步优选的，在步骤(1)中的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素具体为：首先向步骤(1)的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液，然后在30-35℃下超声波震荡45-60min，再在转速为3000r/min的离心机上离心20min，并分离清液与沉淀以获得残渣；接着，向获得的残渣中加入去离子水，并在振荡器上震荡15min，最后在转速为3000r/min的离心机上离心20min，获得含有可还原态的重金属元素的上清液。作为进一步优选的，在步骤(2)中的残渣中加入质量浓度为30％的双氧水和浓度为1mol/L、pH为1-3的醋酸铵溶液以提取石油焦中可氧化态的重金属元素，具体为：首先向步骤(2)的残渣中加入30％的双氧水，在室温下放置1h，然后再加入30％的双氧水，在85℃±2℃的水浴锅中保温1h，继续保持水温，直至溶液的体积减少2-3mL，接着加入浓度为1mol/L、pH为1-3的醋酸铵溶液，并在30-35℃下超声波震荡45-60min，然后在转速为3000r/min的离心机上离心20min，并分离清液与沉淀以获得残渣，再向获得的残渣中加入去离子水，并在振荡器上震荡15min，最后在转速为3000r/min的离心机上离心20min，获得含有可氧化态的重金属元素的上清液。作为进一步优选的，在步骤(3)中的残渣中加入HNO3+HF+H2O2以消解石油焦中残渣态的重金属元素，具体为：首先将步骤(3)的残渣置于微波消解罐中，再加入硝酸、氢氟酸和过氧化氢，然后将微波消解罐加盖密封并放入微波消解炉中以进行微波消解，待冷却至室温后转移至聚四氟乙烯坩埚中，并通过电热板加热赶酸，待酸赶尽加入硝酸溶液以温热溶解残渣。作为进一步优选的，所述醋酸溶液的pH优选为7，盐酸羟胺溶液的pH优选为1.5，醋酸铵溶液的pH优选为2，所述HNO3的密度为1.42g/mL，所述HF的密度为1.49g/mL。作为进一步优选的，所述步骤(1)-(3)的顺序可以任意调换。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术将石油焦中的重金属元素分为可交换态、可还原态、可氧化态和残渣态，并用HAc实现可交换态的提取、用NH2OH·HCl实现可还原态的提取、用H2O2+NH4OAc实现可氧化态的提取、用HNO3+HF+H2O2实现残渣态的提取，避免石油焦中各态重金属元素的窜相现象，提高了重金属元素提取的准确度和可重复度。2.本专利技术具体选用浓度为0.11mol/L、pH为7的HAc实现可交换态的提取，选用浓度为0.5mol/L、pH为1.5的NH2OH·HCl实现可还原态的提取，选用质量浓度为30％的H2O2、浓度为1mol/L、pH为2的NH4OAc实现可氧化态的提取，选用密度为1.42g/mL的HNO3、密度为1.49g/mL的HF和H2O2实现残渣态的消解处理，可使得石油焦中各态重金属元素的窜相程度降到最低。3.本专利技术中可交换态、可还原态、可氧化态的提取采用超声波提取，残渣态采用微波消解，可实现可交换态、可还原态、可氧化态的准确提取以及残渣态的有效消解，大大缩短了形态分析所需的时间，使得这种形态分析方法能够被广泛应用。4.本专利技术利用离心分离方法分离得到上清液与底部的残渣，并利用ICP-MS可获取上清液中各态重金属元素的含量，根据元素在各形态中的含量，可获得元素的迁移率和环境危害性。附图说明图1是本专利技术的石油焦中重金属元素的逐级提取方法的流程框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术将石油焦中的重金属元素分为可交换态、可还原态、可氧化态和残渣态，其中离子可交换态的元素主要以碳酸盐的形式存在，存在形式不稳定，容易受环境pH的影响，这部分元素的活动性很强，容易流失到环境中，可还原态中元素的结合形式是铁锰氧化物，在还原性或者强酸性条件下，氧化物分解，可还原态中的元素释放出来，可氧化态的元素主要以有机物和硫化物结合态的形式存在，在强氧化性条件下，这一结合形态中的元素释放出来，残渣态中的元素主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在石油焦样品中加入浓度为0.11mol/L、pH为6‑8的醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素，并获得残渣待用；(2)在步骤(1)的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1‑2的盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素，并获得残渣待用；(3)在步骤(2)的残渣中加入质量浓度为30％的双氧水和浓度为1mol/L、pH为1‑3的醋酸铵溶液以提取石油焦中可氧化态的重金属元素，并获得残渣待用；(4)在步骤(3)的残渣中加入HNO3+HF+H2O2以消解石油焦中残渣态的重金属元素，以此方式，实现石油焦中重金属元素的逐级提取。

【技术特征摘要】
1.一种石油焦中重金属元素的逐级提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在石油焦样品中加入浓度为0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素，并获得残渣待用；(2)在步骤(1)的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素，并获得残渣待用；(3)在步骤(2)的残渣中加入质量浓度为30％的双氧水和浓度为1mol/L、pH为1-3的醋酸铵溶液以提取石油焦中可氧化态的重金属元素，并获得残渣待用；(4)在步骤(3)的残渣中加入HNO3+HF+H2O2以消解石油焦中残渣态的重金属元素，以此方式，实现石油焦中重金属元素的逐级提取。2.根据权利要求1所述的石油焦中重金属元素的逐级提取方法，其特征在于，所述在石油焦样品中加入浓度为0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液以提取石油焦中可交换态的重金属元素具体为：首先向石油焦样品中加入0.11mol/L、pH为6-8的醋酸溶液，然后在30-35℃下超声波震荡45-60min，再在转速为3000r/min的离心机上离心20min，并分离清液与沉淀以获得残渣；接着，向获得的残渣中加入去离子水，并在振荡器上震荡15min，最后在转速为3000r/min的离心机上离心20min，获得含有可交换态的重金属元素的上清液。3.根据权利要求1或2所述的石油焦中重金属元素的逐级提取方法，其特征在于，在步骤(1)中的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液以提取石油焦中可还原态的重金属元素具体为：首先向步骤(1)的残渣中加入浓度为0.5mol/L、pH为1-2的盐酸羟胺溶液，然后在30-35℃下超声波震荡45-60min，再在转速为3000r/min的离心机上离心20min，并分离清液与沉淀以获得残渣；接着，向获得的残渣中加入去...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙路石，王贲，于洁，
申请(专利权)人：武汉华喻燃能工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42