XRD在废旧脱硝催化剂晶型测试领域的研究

近年, 随着我国对环境治理工作的加强。脱硝催化剂被广泛应用到燃煤电厂脱硝工程中来, 随着脱硝产业的发展壮大, 火电厂烟气脱硝产品越来越多, 同时, 废旧脱硝催化剂的回收处理被提上日程。在处理时, 需要对废旧脱硝催化剂晶型进行研究, 区分金红石型、锐钛矿型的组成结构, 从而为后续回收处理提供技术支撑。

X射线衍射法是应用于晶型测试领域的一中成熟的测试方法。但在应用中大家总会遇到压片失败、出不了峰或峰型错位等问题。笔者通过十多年的测试研究, 发现, 通过对样品细化处理、参数调整等措施, 可较好的解决出峰困难问题。现将此种方法总结介绍于下, 以供同行交流学习。

1 XRD衍射测试原理

X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射, 主要有连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅, 这些很大数目的粒子 (原子、离子或分子) 所产生的相干散射将会发生光的干涉作用, 从而使得散射的X射线的强度增强或

减弱。由于大量粒子散射波的叠加, 互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。

满足衍射条件, 可应用布拉格公式:2dsinθ=nλ

应用已知波长的X射线来测量θ角, 从而计算出晶面间距d, 这是用于X射线结构分析;另一个是应用已知d的晶体来测量θ角, 从而计算出特征X射线的波长, 进而可在已有资料查出试样中所含的元素。

2 测试中存在问题

我们在进行脱硝催化剂原材料钛白粉晶型测试时, 选择方法小比表面积钛白粉和大比表面积钛白粉.dql, 出峰正常, 在进行废旧催化剂测试时, 按照正常测试程序进行样品处理 (样品研磨至全部通过200目筛) 后上机测试, 选择方法chengpin.dql, 不出峰。

为此, 笔者经过大量的实践研究。经过对样品预处理、测试方法调整等方面的大量实验分析。经过样品研磨、方法选择、试验参数调整等措施, 较好的解决了以上问题, 现就该方法介绍如下。

2.1 样品准备

选取具有代表性的测试样品, 将样品研磨之全部通过360目筛, 取适量样品待用。

2.2 样片制备

2.2.1 用钥匙取适量制备好的样品于有机玻璃样品盘中间的槽里, 另取一块载玻片, 用载玻片轻轻将样品压紧, 将高出样品架表面的多余粉末刮去, 如此重复几次使样品表面平整无裂痕。

2.2.2 将样品盘边缘的样品刮掉, 擦干净即可进行测试。

备注:有机玻璃样品盘用完洗净后, 自然晾干即可, 勿放入烘箱内烘干, 会造成样品盘变形使其在仪器内影响测试;制样时用力要均匀, 不可力度过大, 以免形成粉粒定向排列;样品一定要刮平无裂痕, 且与样品盘表面高度一致, 否则引起测量角度和对应d值偏差。

2.3 样品测试

2.3.1 测试仪器

BRUKER D4 Endeavor

2.3.2 测试

正常开机后进行以下操作

2.3.2.1 仪器预热

运行D4 tools硬件监测程序, 单击“Online Status”→点击Online Refresh ON/OFF按钮→仪器自动将硬件信息传入软件。预热X射线:单击左侧菜单栏中X-RAY分支, 进入X射线硬件参数界面。单击菜单Utilities→X-RAY utilities→Tube Conditioning ON/OFF, 预热开始。X-RAY从20KV升至50KV后, 再跌至20KV则表示X射线预热完成, 单击Tube Conditioning ON/OFF, 将预热关闭。

2.3.2.2 进样机械系统初始化精确定位

双击运行桌面上XRD Commander测量程序软件, 在Adjust (左下角) 界面下→单击Init SC按钮→一般30秒到1分钟后初始化完成, 界面左侧θ, 2θ角度值的小数点位置从无到出现。

2.3.2.3 样品测试

输入样品位置, 例:A1→单击“load”按钮, 将Adjust界面左侧框内的“√”全部去除, 在界面左侧设置X射线功率与电流。测试参数依次设置为

(1) X射线探测器起始角度:20°

(2) X射线探测器终止角度:80°

(3) X射线探测器角度增量:0.02°

(4) X射线扫描速率频率:0.5Sec/Step

(5) X射线扫描方式:Locked Coupled

(6) 电压电流:不同型号的仪器设置也不同, 适当增加电压可使出峰更加明显, 但电压过大会损坏仪器, 建议40k V、40m A。

红色为40k V, 40m A。灰色为40k V, 100m A。可见电流设置较大, 出峰较明显。 (见下图)

所有测量条件设置完成后, 单击START按钮, 仪器开始进样测量。测量完成后, 单击保存按钮, 指定保存路径, 保存测量结果数据文件。

测试完成。

2.3.3 数据读取

运行EVA软件, File>Open。

调入数据, 指定路径的*.raw文件, Toolbox>Scan>在数据列表选中想要处理的数据。

击“Peak Search”查看背底 (红线) 是否合适, 设定寻峰参数:门槛threshold与峰宽Width标定, 可上下移动滑块进行调整。

点击“Append to list”, 所有寻找到的衍射峰在图谱中d值标出, 此时数据附在peak列表内。

另外也可用鼠标光标寻找, 将光标至于最强峰上, 屏幕左下角会显示其横纵坐标, 即为最强峰的位置和强度。

根据最强峰的位置和强度, 可确定其晶形。 (见下图)

3 结语

通过对测试样品进行研磨细化处理, 保证压片效果;同时, 再对测试参数进行调整, 选择合适的测试方法, 适当增加电流强度。能够较好的解决测试中不出峰、峰偏移等问题。

摘要：通过对测试样品细化处理, 对X射线衍射仪测试参数的调整, 可有效解决X射线衍射法测试废旧脱硝催化剂晶型时的峰移位、不出峰等现象。

关键词：XRD,脱硝催化剂,晶型