백금족 금속과 규산염을 포함하는 모노리스형 자동차 폐촉매의 ICP-AES 분석을 위한 극초단파 분해 전처리 기법의 응용

Application of Microwave Digestion Pretreatment Techniques for ICP-AES Analysis of Used Monolithic Automobile Catalysts Having Platinum Group-Metals and Silicates

백금족 금소과 규산염을 포함하는 자동차 폐촉매 내의 백금족 금속과 주요 성분들을 ICP-AES로 동시에 분석하기 위한 두 종류의 전처리 방법이 비교되었다. HF, $HNO_3$, HCl, $HClO_4$, $H_2O_2$, 및 $H_3BO_3$ 등의 혼합산의 다양한 조합을 사용하여 열판(hot plate) 용해법과 밀폐용기를 사용하는 극초단파(microwave) 가압-가열법을 비교 검토하였다. 전통적인 열판 용해법보다 밀폐용기를 사용한 극초단파 가압-가열법이 화수율, 분석시간 및 사용하는 양 등의 측면에서 상대적으로 우수한 결과를 나타내었고, 0.25 g의 폐촉매 시료에 대하여 HF 2 mL, $HNO_3$2 mL, 그리고 HCl 6 mL를 사용하여 200 psi(13.79 bar), $180^{\circ}C$ 조건에서 1시간 동안 가열한 후, 5% (w/v) $H_3BO_3$ 16 mL를 사용하여 20 psi(1.38 bar), $100^{\circ}C$ 조건에서 10분간 가열한 다음, 왕수 10 mL로 열판에서 두 번 반복하여 처리하는 것이 백금족 금속의 회수율 측면에서 가장 좋은 결과를 가져왔고(XRF 분석 대비 85~110%), 이 방법은 2% 이내의 상대 표준 편차를 보임으로써, 자동차 폐촉매의 일상적인 분석기법으로서의 충분한 가능성을 보였다.

Two different digestion procedures for the simultaneous determination of major and platinum-group element(PGE) in spent automobile catalysts containing PGE and silicates by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES) are compared. Combinations of mixed aids using HF, $HNO_3$, HCl, $HClO_4$, $H_2O_2$, and $H_3BO_3$ are utilized for the hot plate dissolution method and the closed-vessel microwave digestion method, The latter method has been shown to be relatively superior in terms of recovery, analysis time, and amount of aqua regia (3 parts HCl + part $HNO_3$ required to dissolve PGE in comparison with conventional open vessel hot-plate dissolution. The best results were drawn from the following conditions: In closed Teflon PFA vessels under microwave heating with temperature/pressure regulation, a 0.25 g portion of sample was digested in 2 mL of HF, 2 mL of $HNO_3$ and 6mL of HCl under the pressure of 200 psi(13.79 bar) at $180^{\circ}C$ for 1hr, followed by a second digestion stage with 16 mL of 5%(w/v) boric acid under the pressure of 20 psi(1.38 bar) at $100^{\circ}C$ for 10 min. After the microwave heating, the sample was post-treated with 10 mL of aqua regia twice by hot-plate heating. This condition gives the PGE recovery within 85~110% and the relative standard deviations within 2%. The method developed can therefore be regarded as an alternative method for routine analysis of spent automobile catalysts.