Xác định hàm lượng Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rd) trong bộ chuyển đổi xúc tác ô tô đã qua sử dụng bằng thiết bị XRF cầm tay

Phân tích XRF cho Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) trong xúc tác ô tô

Trong ngành công nghiệp ô tô và tái chế, Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) – những kim loại quý thuộc nhóm bạch kim (PGMs) – có giá trị kinh tế đặc biệt cao. Chúng được sử dụng chủ yếu trong bộ xúc tác khí thải ô tô để giảm phát thải độc hại. Tuy nhiên, giá trị thị trường của các kim loại này luôn biến động mạnh, do đó việc phân tích nhanh chóng và chính xác thành phần Pt, Pd và Rh trong xúc tác đã qua sử dụng là nhu cầu cấp thiết.

Phân tích XRF cho Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) trong xúc tác ô tô

XRF – Giải pháp phân tích hiệu quả và chính xác

Công nghệ XRF (X-Ray Fluorescence) mang đến phương pháp đo trực tiếp, không phá hủy mẫu, giúp xác định nhanh hàm lượng Platinum, Palladium và Rhodium trong xúc tác ô tô. So với các phương pháp phòng thí nghiệm truyền thống như ICP hay fire assay, XRF có những ưu điểm vượt trội:

Phân tích tại chỗ, thời gian đo nhanh (30–120 giây).
Không cần quy trình chuẩn bị mẫu phức tạp.
Độ chính xác và lặp lại cao, ngay cả với các mẫu có thành phần biến đổi phức tạp.
Khả năng phát hiện ở mức ppm, phù hợp cho cả Pt, Pd và Rh.

Thermo Fisher Scientific cung cấp toàn bộ dòng thiết bị phân tích XRF cầm tay để định lượng chính xác Pt, Pd và Rh trong các bộ lọc khí thải ô tô:

Thiết bị phân tích Niton XL2 501 mang lại giá trị tối ưu so với chi phí, trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao đối với các kim loại nhóm platin (PGMs).
Thiết bị phân tích Niton XL3t 501/801, các mẫu tầm trung được trang bị ống dò 50 kV và bộ thay đổi bộ lọc, cho phép điều kiện chùm tia tối ưu và cung cấp kết quả chính xác hơn đối với PGMs.
Thiết bị phân tích Niton XL3t 951/981 GOLDD+ là các mẫu cao cấp, được trang bị ống dò 50 kV và máy dò SDD với diện tích dò lớn. Các thiết bị Niton XL3t 951/981 GOLDD+ cũng có thể phát hiện các nguyên tố nhẹ như magiê, nhôm hoặc silic và có độ nhạy cao hơn để phát hiện mức độ thấp của PGMs.
Thiết bị phân tích Niton XL5 Plus là mẫu hàng đầu với phần cứng tiên tiến, bao gồm máy dò SDD với diện tích dò lớn và ống dò 5W, mang lại độ nhạy tối ưu. Năng suất còn được nâng cao nhờ thời gian đo ngắn hơn.

Chế độ Phân tích khí thải ô tô hiệu chỉnh ưu tiên sử dụng phương pháp tham số cơ bản (FP), một thuật toán sửa lỗi bằng cách sử dụng các hằng số lý thuyết cho ảnh hưởng của tất cả các nguyên tố có trong mẫu. FP phù hợp trong việc phân tích các vật liệu tái chế, hiện nay có thành phần biến đổi chưa từng thấy trước đó. Việc đo lường các nguyên tố đất hiếm, zirconi, chì và các nguyên tố khác có khả năng xuất hiện ở mức độ cao trong tái chế bộ lọc khí thải là một điểm quan trọng để có được kết quả chính xác cho Pt, Pd và Rh.

XRF phân tích Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) — Các thiết bị XRF cầm tay của Thermo Fisher

(1) Công suất cao hơn cung cấp độ chính xác tốt hơn và cho phép thời gian đo ngắn hơn với độ chính xác không đổi. Độ nhạy cũng được cải thiện.

(2) Điện áp cao hơn mang lại độ chính xác và độ đúng tốt hơn cho các nguyên tố như Pd, Rh và các nguyên tố đất hiếm.

(3) Công nghệ máy dò SDD thu thập tỷ lệ đếm cao hơn, cải thiện độ chính xác, độ nhạy và cho phép phát hiện các nguyên tố nhẹ so với công nghệ Silicon-positive-intrinsic-negative (Si-PIN).

(4) Nhiều điều kiện chùm tia với các bộ lọc khác nhau có nghĩa là độ chính xác và độ nhạy tốt hơn cho các đường phổ với các mức năng lượng khác nhau.

(5) Giới hạn phát hiện phụ thuộc vào thời gian kiểm tra, interferences/matrix và mức độ tin cậy thống kê.

(6) Chỉ ra mức độ gần với giá trị thực.

(7) Chỉ ra mức độ lặp lại và khả năng tái lập của một phép đo.

(8) Chỉ ra khả năng phát hiện lượng nhỏ các kim loại nhóm platin (PGMs).

(9) Năng suất kinh tế: thông lượng mẫu và khả năng thu hồi kinh tế của Pt, Pd và Rh.

Nhờ dải sản phẩm đa dạng, XRF của Thermo Fisher trở thành công cụ không thể thiếu cho các doanh nghiệp cần phân tích Platinum, Palladium, Rhodium nhanh chóng và chính xác.

2. Quy trình phân tích Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) trong phụ kiện ô tô tái chế

2.1 Chuẩn bị mẫu

Để đảm bảo kết quả phân tích XRF chính xác, xúc tác ô tô sau khi thu hồi cần trải qua các bước chuẩn bị:

Tách vỏ (decanning): tháo lớp vỏ thép bên ngoài để lấy phần lõi tổ ong chứa kim loại quý.
Nghiền và xay nhỏ: lõi xúc tác bằng gốm (thường là cordierite phủ lớp chứa PGMs) được nghiền mịn, thường dưới 250 µm.
Đồng nhất mẫu: trộn đều các phần tử nghiền để tránh sai số do phân bố không đồng đều của Platinum, Palladium và Rhodium.
Đóng gói phân tích: bột xúc tác được nạp vào cốc mẫu XRF hoặc túi phân tích, sẵn sàng cho đo trực tiếp bằng máy phân tích cầm tay.

Với xúc tác nền kim loại, vật liệu được nghiền – tách bằng nam châm – tuyển gió để thu được bột giàu Pt, Pd, Rh, sau đó phân tích tương tự.

Vật liệu được nghiền thành bột có kích thước tối đa là 250um và được nạp vào cốc mẫu XRF hoặc túi mẫu để phân tích

Bảng 1: Kết quả phân tích cụ thể cho một vật liệu chuẩn được chứng nhận của bộ lọc khí thải ô tô có sẵn trên thị trường.

Vật liệu/Thành phần	Giá trị Niton (ppm)	Giá trị chứng nhận (ppm)
BAM ERM-504a
Pt	1495 ± 41 (2σ)	1414 ± 15
Pd	1583 ± 19 (2σ)	1596 ± 6
Rh	210 ± 8 (2σ)	210 ± 4

2.2 Kết quả

Kết quả phân tích của một mẫu chuẩn có sẵn được trình bày trong Bảng 1. Các giá trị của Pt, Pd và Rh được đo bằng thiết bị phân tích Niton XL5 Plus rất phù hợp với các giá trị đã được chứng nhận. Các Hình 2 đến 4 hiển thị các đường biểu diễn tương quan giữa kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm (thử nghiệm nung + ICP) so với nồng độ được đo bằng thiết bị Niton XL5 Plus. Đối với tất cả các nguyên tố được xác định trong 120 mẫu, có sự tương quan tuyến tính tối ưu trên một phạm vi nồng độ rộng giữa các giá trị trong phòng thí nghiệm và giá trị đo được: cả độ dốc và hệ số xác định (R²) đều gần với 1. Sự khác biệt tương đối trung bình giữa các giá trị trong phòng thí nghiệm và giá trị đo được là 5,0% đối với Pt, 3,9% đối với Pd và 2,9% đối với Rh. Những kết quả này chứng tỏ độ bền vững của phép phân tích trước các thay đổi matrix đáng kể và đôi khi là các nồng độ rất cao của các nguyên tố đi kèm quan trọng được tìm thấy trong 120 mẫu như cerium, lanthanum, zirconium, chì, sắt hoặc crom

Lợi ích trong thương mại và tái chế

Với sự hỗ trợ của thiết bị Thermo Scientific™ Niton™ XRF, các doanh nghiệp có thể:

Định giá công bằng khi mua bán xúc tác ô tô.
Ngăn chặn gian lận trong quá trình pha trộn hay làm giả mẫu.
Tối ưu lợi nhuận nhờ xác định chính xác hàm lượng Pt, Pd, Rh để quyết định giá trị tái chế.
Đáp ứng yêu cầu môi trường bằng cách thúc đẩy tái chế kim loại quý.

Ứng dụng thực tế

Trong năm 2020, ngành công nghiệp ô tô tiêu thụ đến 85% Palladium và 90% Rhodium toàn cầu. Nhờ công nghệ XRF phân tích Pt, Pd, Rh, hơn 80 tấn kim loại quý đã được thu hồi từ xúc tác thải, mang lại giá trị hàng tỷ USD.

Việc ứng dụng máy phân tích XRF trong phân tích Platinum (Pt), Palladium (Pd) và Rhodium (Rh) đã trở thành xu hướng tất yếu đối với các công ty tái chế, thương mại kim loại quý và sản xuất ô tô. Đây là giải pháp nhanh – chính xác – hiệu quả kinh tế, đảm bảo mang lại lợi thế cạnh tranh trong thị trường kim loại quý nhiều biến động.

Để biết thêm thông tin chi tiết về các thiết bị phân tích XRF từ Thermo Fisher Scientific, vui lòng liên hệ chúng tôi.