近年來，庫侖分析技術(shù)在煤質(zhì)分析領(lǐng)域得到了廣泛的應用，尤其是元素的測量方法已經(jīng)日趨成熟，S、C、H的庫侖分析基本上取代了傳統(tǒng)的艾氏法和重量法，其中有些方法已列為新的國家標準，如庫侖S和庫侖H的測定方法。本文介紹利用Pt - P2O5電解池進行庫侖分析測量煤炭中水、氫、碳的方法。
一 結(jié)構(gòu)和原理
Pt - P2O5 電解池最初是由凱德爾（keidel）設(shè)計的，因此常稱為keidel電解池，這種電解池最初是由兩根鉑絲平行地嵌繞在一根聚四氟乙烯管內(nèi)壁上構(gòu)成的，后來改為外徑為φ10㎜的玻璃管制成，玻璃管總長度為150~155mm。這種結(jié)構(gòu)的電解池又稱為內(nèi)壁式Pt - P2O5電解池。
Pt - P2O5電解池內(nèi)壁上均勻地涂上五氧化二磷膜，使用時涂以薄層磷酸一丙酮溶液(一定比例的混和液)通直流電進行電解，使磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槲逖趸?，電解池與儀器之間組成一電化系統(tǒng)，無水蒸氣通過時，電解池內(nèi)阻呈現(xiàn)無窮大，正負極之間呈開路狀態(tài)，也就沒有電流通過，當含有水分的氣體通過電解池時，水即被五氧化二磷吸收，生成偏磷酸，兩電
當氣體中的水分逐漸減少時，偏磷酸也越來越少，電解電流也隨之下降，當下降到終點電流時(可設(shè)定)表示電解結(jié)束，電解過程所消耗的電量由積分儀或庫侖計測出，由法拉第電解定律計算出被測物質(zhì)的質(zhì)量。
Pt - P2O5電解池工作時外部必須加散熱套(如上圖)，分別有出水口和進水口，通入冷卻水，冷卻的作用使通過電解池氣體中水蒸氣冷凝到電解池內(nèi)壁上，同時又可以散發(fā)電解時所產(chǎn)生的熱量，防止在過熱狀態(tài)下，電解生成氫和氧在池內(nèi)會迅速復合生成水，從而形成二次或多次重復電解，造成測值偏高或不穩(wěn)定。
二 實際應用
煤炭作為一種固態(tài)有機物，目前的主要應用是燃燒而產(chǎn)生熱量，水分、氫、碳含量的測定又直接關(guān)系到煤中發(fā)熱量的大小，因此這三種測定方法在煤質(zhì)分析中占有很重要的地位。使用通氮或鼓風干燥法再收集水分可測得煤樣中的水分值；通過高溫燃燒可測得煤樣中的氫值；通過高溫燃燒及化學轉(zhuǎn)換可測得煤樣中的碳含量。從而使Pt - P2O5電解池在煤質(zhì)分析中得到應用。
1、水分測定
煤的水分測定(空氣干燥煤樣水分)國內(nèi)主要方法有充氮干燥、鼓風干燥、共沸蒸餾和微波干燥等幾種方法，國外較*有利用紅外加熱測定的水分分析儀等。除國外的水分測定儀能夠快速準確外，干燥、蒸餾測定時間長(約需1.5~3h)，微波干燥法雖時間短，但不適用于無煙煤和焦炭等導電性較強的試樣。本方法可利用充氮干燥或鼓風干燥，在105~110oC的溫度下，氣流量在80~120mL/min，密閉的狀態(tài)下，將氣流通過Pt - P2O5電解池，讓從煤樣中干燥出的水蒸氣吸附在電解池中，然后通過電解的方法測得煤中水分含量，其原理框圖如
2、氫測定
氫測定經(jīng)典的方法是重量法，即氫和氧燃燒生成水，然后通過吸收劑吸收，由吸收劑的增重而折算出氫含量，此方法不但繁瑣而且偶然誤差大，準確性低，化驗時間長。
Pt - P2O5電解池氫值測量國內(nèi)最早有BCH-1型半自動碳氫測定儀(姜堰市雙誠分析儀器有限公司生產(chǎn))，其基本原理是：將一定量的煤樣放在進樣舟內(nèi)，推進800OC石英燃燒管中，在氧氣流中燃燒分解，氫燃燒轉(zhuǎn)化為水，以干燥過濾的氧氣為載氣，將燃燒生成的水吹過Pt - P2O5電解池，電解水而消耗的電量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后顯示氫值毫克數(shù)。反應方程式如下：
燃燒
2H2 + O2 H2O
試樣中硫和氯對測定的干擾用高錳酸銀熱解產(chǎn)物除去，水分對氫測定影響可在計算中減去，系統(tǒng)對氫測定影響可通過空白測定減掉。
這種方法避免了傳統(tǒng)的三節(jié)爐法(重量法)氫值測定準確性差的不足，空白值穩(wěn)定，測定時間短(10分鐘左右)，準確度、精確度都符合國標要求。在1995年列為新的國家標準GB/T476-2008。
3、碳測定
碳值測定傳統(tǒng)的方法是吸收法，即碳在氧氣流中燃燒，生成二氧化碳，二氧化碳通過堿性吸收劑（氫氧化鈉或氫氧化鈣），通過化學反應，由吸收劑的增重計算出碳的含量。
采用Pt - P2O5電解池碳值庫侖測定國內(nèi)較*有CLCH-1型全自動碳氫測定儀(姜堰市雙誠分析儀器有限公司生產(chǎn))，其基本原理：煤樣在高溫800oC氧氣流中燃燒，同時在高錳酸銀熱解產(chǎn)物作用下，碳燃燒生成CO2，燃燒生成的氣體通過凈化裝置后，得到較純凈的二氧化碳，再通過裝有氫氧化鋰的轉(zhuǎn)換管，在200oC的條件下，生成等量的水，其反應方程式如下：
200oC
CO2 + 2LiOH Li2O3 + H2O
然后水蒸氣再通過Pt - P2O5電解池，通電電解而消耗電量折算出碳的百分含量。樣品中氮對碳的干擾由粒狀二氧化錳除去。
SCCH-100型微機碳氫分析儀*由微機控制及處理數(shù)據(jù)，并打印測定結(jié)果。
三、結(jié) 論
Pt - P2O5電解池在測定水、氫、碳時，電解電流并不相同，因煤樣中水、氫含量一般是5%以內(nèi)，電解電流相對較小，而碳含量較大，一般在50%以上，電解電流相對較大。因此電解終點控制電流也有所差別。根據(jù)Pt - P2O5電解池的管徑及冷卻狀態(tài)，考慮到樣品燃燒所需氧氣的流速，經(jīng)過多次實驗，氣流量控制在80~120mL/min較為適合，不，測定結(jié)果準確率較為理想。
Pt - P2O5電解池作為庫侖技術(shù)的應用，在煤質(zhì)分析領(lǐng)域還有待進一步的完善和提高，它能在煤質(zhì)分析方面有了立足之地，相信它的前景一定是非常光明的。
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