金属加工油(液)有机挥发物含量的测定——热重法

陆沁莹，孙成杰，魏朝良，逄翠翠，刘洪辉，丁冬梅，盛蔷

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116031)

0 引言

有机挥发物(VOC) 是指挥发性有机化合物，国际标准化组织对其定义为：在与之接触的大气正常温度和压力下能自然挥发的任何有机液体或固体。由于VOC对环境的污染，且其中的大部分物质已被怀疑或确定为致癌物质，所以各国均出台相关法规对VOC的排放做出限定。

美国和欧盟国家对VOC的排放都依据自己的标准做出了严格的排放限定。 随着国内环保法规的日益完善和严格，对于VOC的含量和排放也有相关的规定。在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》中针对石化和化工行业提出了明确的减排目标：要求2020年石油炼制和石油化工行业的VOC排放量减少40%以上。

国内对VOC的测定一般采用气相色谱法和差值法。气相色谱法适用于沸点≤250 ℃的化合物，差值法是指样品在规定的恒温下烘烤后减去样品中水分的含量。

美国环保署采用ASTM E1868-10应用热重法来测定VOC的含量。Lubrizol公司2012年开发的新型水基防锈复合剂即采用ASTM E1868热重法来对VOC进行测试，并将热重法列入水基防锈油复合剂的产品标准。

1 材料与方法

1.1 试验原理

热重法的原理是指将已知质量的样品在连续加热的情况下，测量其质量变化作为时间或者温度的函数，在预定测量程序结束时记录样品质量损失与初始质量的百分比。另外测定样品的密度和水含量，用来计算样品的挥发性有机化合物VOC(g/L)的含量。

1.2 仪器

热重分析仪，白金圆筒状坩埚，无菌注射器(15±1)μL。

1.3 试验部分

(1)热重的试验部分：将20 mg的样品放置于设置好温度程序的热重仪中进行试验，根据热重仪记录的热重曲线计算出热失重部分。热重分析仪试验条件：起始加热温度为(25±2) ℃，以25 ℃/min的加热速率将样品加热到81 ℃，温度恒定后，试验进入恒温阶段，从初始加热到恒温至试验结束的整个试验时间是110 min。

(2)水分测试依据GB/T 11133《液体石油产品水含量测定法 卡尔·费休法》 。水分的试验部分：将一定量的试样用注射器加入到卡尔费休库仑仪的滴定池中，根据滴定池阳极生成的碘与试样中的水发生卡尔费休反应产生的电信号确定滴定终点并显示水分含量。

(3)密度测试依据SH/T 0604《原油和石油产品密度测定法(U形振动管法)》 。密度的试验部分：将试样在规定的温度下用注射器注入密度测定仪，待其读数稳定后，读取密度值即可，本文测定的是20 ℃时的密度。

2 结果与讨论

2.1 结果

挥发物计算公式：

其中:

V——单次试验的挥发物(g/L)；

ρ——液体样品的密度(kg/m3)；

mi——初始质量(mg)；

mf——最终质量(mg)。

VOC的含量按照如下公式计算：

式中：

VOC——单次试验的有机挥发物(g/L)；

ρ——液体样品的密度(kg/m3)；

w——水分含量(mg/kg)；

mi——初始质量(mg)；

mf——最终质量(mg)。

2.2 讨论

ASTM E1868-10中给出了4个参比样品的部分组成及其挥发物的含量以及精密度要求。参照ASTM E1868-10中4个参比样品的部分组成和挥发物的含量调配了4个模拟样品。参比及模拟样品的数据以及参比和模拟样品的重复性测试数据见表1。

表1 参比样品和模拟样品组成数据

表1中4个模拟样品的挥发物重复性结果均符合ASTM E1868-10方法中给出的4个参比样品的重复性要求，本标准试验参数可以用于测试样品的挥发物和有机挥发物测定。

按照金属加工液的分类，即金属切削、金属处理、金属成型和金属防护，选取了典型样品进行重复性验证，其中包括市售的金属加工液。样品的热失重、水分、密度数据和根据公式计算的有机挥发物的重复性验证数据见表2，数据均符合参比样品的重复性要求。

表2 样品的有机挥发物重复性数据

从表2数据可以看出典型样品的有机挥发物重复性均满足参比样品的重复性要求。此方法可应用于金属加工油(液)的有机挥发物测定。

3 结论

本方法对金属加工油(液)中的VOC含量测试有较好的区分性和重复性，作为一种新型测定金属加工液有机挥发物的方法，可以用于金属加工油(液)中有机挥发物的测定，为环保型金属加工液及防锈油的研发提供方法标准。对于环保排放法规发展方面，此方法的建立也具有一定的意义。此方法具有快速、低成本等优点，具有良好的经济效益和社会效益。