快速检测木质活性炭碘吸附值方法研究

袁先群，侯格妮，张 敏，张丽平，杨 浩，吴建霞，王 莉*

（贵州茅台酒股份有限公司 质量部，贵州 仁怀 564501）

活性炭是一种多孔性的含碳物质，它具有高度发达的孔隙构造，是一种极优良的吸附剂，每克活性炭的吸附面积更相当于八个网球场之多[1-2]。而其吸附作用是由物理性吸附力与化学性吸附力共同达成，由于六环碳的不规则排列，造成了活性炭多微孔体积及高表面积的特性[3-4]。活性炭质量的高低可通过碘吸附值、亚甲蓝吸附值、灰分、强度等指标来反映[5-6]，其中碘吸附值是衡量活性炭质量高低的一个极为重要的技术指标[7]，碘吸附值反映的是活性炭微孔的能力[8]，一般来说，碘吸附值越高，说明活性炭的吸附能力越强[9-10]。

木质活性炭碘吸附值检测依据为GB/T 12496.8—2015《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》（以下简称烘箱法），但该方法样品处理时间较长，尤其是烘干环节较费时，影响检测效率[11]。因此，研究碘吸附值快速简便的检测方法具有重要的现实意义。传统烘箱法采用空气对流方式对样品进行加热，干燥失重的原理，需要较长的干燥时间。而与之相比，卤素水分测定仪采用热失重分析法原理（以下简称卤素法），其中的样品吸收卤素灯发散出红外辐射，可以达到快速加热的效果[12]。梅特勒-托利多卤素水分分析仪可以提供快速、准确、可靠的水分测定，对大多数物质的水分含量都能获得很好的检测结果[13-15]。

本试验通过对GB/T 12496.8—2015《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》[11]中碘吸附值的测定方法进行改进，并尝试使用卤素快速水分测定仪测得水分值来折算干基碘吸附值，以期满足碘吸附值检测的要求，简化实验步骤，大大缩短样品处理时间，从而可以有效提高检测效率[14]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

3个不同批次的木质活性炭：重庆飞洋活性炭制造有限公司；碘（分析纯）、碘化钾（分析纯）、可溶性淀粉（分析纯）、盐酸（分析纯）、硫代硫酸钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DGX-9143B-1电热鼓风干燥箱：上海福玛实验设备有限公司；HY-2调速多用振荡器：金坛市科析仪器有限公司；ME204电子天平、HX204卤素快速水分测定仪：梅特勒-托利多有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

活性炭用在（150±5）℃条件下干燥至恒质量，备用[16-18]。

1.3.2 预实验

分别称取0.400 0 g、0.600 0 g、0.700 0 g、0.800 0 g、1.000 0 g、1.200 0 g活性炭样品（精确至0.000 1 g），依据GB/T 12496.8—2015中D校正因子表进行预实验，完成单因子实验以确定样品质量范围。称取上述试样约0.7 g于干燥的250 mL碘量瓶中，记录称取的试样量。

1.3.3 活性炭快速水分检测方法的建立、验证

以烘箱法测定的样品水分（10.77%）为标准，用卤素水分测定仪HX204（以下简称卤素法），新建活性炭快速测定方法，设定主测定参数，温度为130 ℃，加热模式为标准，关机模式为1 mg/32 s。分别采用烘箱法、卤素法测定3种活性炭样品的水分含量。

1.3.4 湿润及过滤

准确加入质量分数5%的盐酸10.0 mL，轻微摇动，使试样湿润，放在电炉上加热至沸，保持微沸（30±2）s，冷却至室温；加入已标定的0.1 mol/L碘标准溶液50.0 mL，塞好瓶盖，立即在360 r/min摇床振荡15 min，用单层中速滤纸迅速过滤，弃去前几毫升，收集后面的滤液备用。

1.3.5 滴定

吸取10.0 mL滤液放入装有100 mL蒸馏水的250 mL碘量瓶中，用已标定的0.1 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定，当溶液呈淡黄色时，加2 mL淀粉指示剂，继续滴定至溶液变成无色，记录体积。

2 结果与分析

2.1 预实验

表1 校正因子确定质量范围Table 1 Calibration factor to determine the quality range

由表1可知，试样质量范围在0.6～1.0 g时，校正因子在可查询范围内，因此选择后续烘箱法的活性炭质量在0.6～1.0 g范围内。

2.2 活性炭快速水分检测方法的建立

2.2.1 参数设定

以烘箱法测定的样品水分（10.77%）为标准[17-18]，用卤素水分测定仪HX204（以下简称卤素法），新建活性炭快速测定方法，设定主测定参数，温度为130 ℃，加热模式为标准，关机模式为1 mg/32 s。

2.2.2 方法验证

新建活性炭测定参数，以3种样品对新建的活性炭方法进行验证，结果见表2。

表2 烘箱法与卤素法的水分数据对比Table 2 Comparison of moisture data between oven method and halogen method

依据GB/T 12496.8—2015《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》中的要求，其相对标准偏差均≤3%，对3组样品分别进行6次测定，卤素法和烘箱法的试验结果相对标准偏差均＜3%；用单因素方差分析法比较两组数据差异，并采用F检验判断两者的差异性程度，显示两种方法无显著性差异[19-22]。最终确定活性炭方法参数为：主测定参数，温度为130 ℃，加热模式为标准，关机模式为1 mg/32 s。

2.3 碘吸附值的测定

2.3.1 烘箱法碘吸附值

按照国标GB/T 12496.8—2015《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》步骤制备样品，以下简称烘箱法，对烘干后的样品进行12次重复性试验。计算碘吸附值，结果见表3。

表3 烘箱法测定碘吸附值结果Table 3 Determination results iodine adsorption value by oven method

2.3.2 卤素水分法碘吸附值

按照试验步骤直接称量未烘干样品，同样进行12次重复性试验，计算碘吸附值，结果见表4。

表4 卤素水分法测定碘吸附值结果Table 4 Determination results of iodine adsorption value by halogen moisture method

分别用两种方法对碘吸附值进行检测，由表3、表4可知，烘干的样品碘吸附值平均值为629.92 mg/g，未烘干样品干基碘吸附值平均值为617.77 mg/g，两者的相对标准偏差为1.36%，符合国标GB/T 12496.8—2015中碘吸附值平行试样间的相对标准偏差≤3%的要求。

2.3.3 验证试验

为进一步验证方法的准确性，对12个样品用两种方法开展试验测定碘吸附值，测定结果见表5。

表5 烘箱法和卤素水分法碘吸附值相对标准偏差Table 5 Relative standard deviation of iodine adsorption values by oven method and halogen moisture method

由表5可知，用两种方法测定的碘吸附值相对标准偏差＜3%。由于不同物质具有不同的吸热性能，颜色和性质如光滑样品表面通常可反射更多的红外辐射，即吸收的热量更少，因此样品温度也就上升的更慢，因此，测得的水分含量会较恒重法略低。试验采用F检验，得出两种方法检测结果无显著性差异，可以认为两种方法均能满足碘吸附值检测。

3 结论

GB/T 12496.8—2015中木质活性炭碘吸附值检测步骤繁杂，烘干耗时较长，大约需要5 h，新方法对烘干环节进行改进，改进后的水分测定只需要10 min左右，大大缩短了试验时间，步骤更为简化，所测结果的精度高，准确性好，可以有效提高检测效率。

试验分别用烘箱法和卤素法对12个样品的碘吸附值进行检测，样本量较小，后续可以加大实验样本量，再利用双样本T检验的方法确定烘箱法与卤素法检测结果的差异，验证两种检测方法的结果是否一致；活性炭吸水性强，在空气中暴露时间太长会影响样品结果的真实性，建议后续检测过程中对样品的采集及测定尽快完成；活性炭吸附性强，不同的称量工具会产生不同的吸附效果，要注意在活性炭称量过程采用合适的工具，以免对实验结果造成影响。