含鐵沸石分子篩中硅鋁比的測定

李 帥，張 杰，聶光華

(貴州大學礦業學院，貴州貴陽 550003)

化工分析與測試

含鐵沸石分子篩中硅鋁比的測定

李 帥，張 杰，聶光華

(貴州大學礦業學院，貴州貴陽 550003)

針對含鐵沸石分子篩，提出用硅鉬藍光度法測硅，用EDTA和硝酸鉛滴定法測鋁鐵合量，再用磺基水楊酸光度法測鐵，根據測試結果計算硅、鋁、鐵的含量及求出硅鋁物質的量比，并通過實驗證明該方法簡單可行。通過硅鋁物質的量比的測定，能為分子篩產品的性能提供重要參考指標和理論依據，而且，根據實際需要，還可調整沸石的硅鋁物質的量比，來滿足所需性能。另外，本方法因為所需化學藥劑常見，在一般實驗室均可進行，所以在經濟上和適用范圍上都有較明顯的優勢，參考價值顯著。

沸石分子篩;鐵;硅鋁比

沸石分子篩具有較優的吸附、催化、離子交換和耐熱耐酸等性能［1］，而影響這些性能的一個主要因素就是硅鋁物質的量比(以下簡稱硅鋁比)。因此準確測量分子篩的硅鋁比，無論是對制備工藝的設計要求，還是對性能的評價，都是十分重要的［2－3］。筆者提出用分光光度法和化學分析法測定含鐵分子篩中硅、鋁、鐵的含量，從而確定硅鋁比。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器、藥劑

儀器為722型分光光度計。

藥劑:EDTA(0.04mol/L);酒石酸(質量分數為50%);鉬酸銨(質量分數為5%);乙酸鈉的緩沖溶液(pH為5.9);氨水(1+1);高錳酸鉀(質量分數為2%);酒精(體積分數為95%);硝酸鉛標準液(0.02 mol/L);鐵標準液(250μg/mL);硅標準液［324μg/mL(以四價硅計)］。

1.2 制工作用母液

稱取0.2 g沸石樣品，放入150 mL的燒杯中，加入1.0 g氫氧化鈉和10 mL水，在電爐上加熱溶解，往燒杯里加水到50 mL，再加10 mL濃鹽酸，接著在電爐上加熱到溶液變透亮，冷卻后把溶液倒入100 mL容量瓶中，用水洗凈燒杯，并稀釋容量瓶里的溶液到刻度，搖勻，作為母液。同時做空白實驗。

1.3 硅鉬藍光度法測定硅

在硫酸介質中Si(Ⅳ)和鉬酸鹽反應生成黃色硅鉬酸，再用還原劑抗壞血酸將硅鉬酸還原為藍色硅鉬藍［4－5］。用吸管吸取5 mL母液，倒入100 mL容量瓶中，加95%的酒精10 mL，加熱水30 mL，再加5%的鉬酸銨溶液5 mL，放置10 min，加2%的高錳酸鉀到溶液變為紅色，再加17%(質量分數)的硫酸40 mL，加3%(質量分數)的抗壞血酸5 mL，搖勻，用水稀釋到容量瓶的刻度線。30 min后，在波長660 nm處用1 cm比色皿測量吸光度。以相應試劑空白為參比，測量空白吸光度。以相應試劑和硅標準液為參比，測量標準試液吸光度［注:因為樣品試液的吸光度超過1，所以第二次從樣品試液中吸取5 mL倒入50 mL容量瓶中，再用空白試液稀釋到刻度，測量其吸光度(結果數據)］。

1.4 鋁鐵合量的測定

在試液中加入已知量過量的EDTA標準液，將鋁鐵一起絡合，再用硝酸鉛標準液滴定，絡合過量的EDTA［6］。用胖肚吸管吸取 50 mL母液，倒入300 mL錐形瓶中，加入0.04 mol/L的EDTA 25 mL，加50%的酒石酸4 mL，再加2滴1‰(質量分數)的甲基紅指示劑，用氨水(1+1)中和溶液，直到溶液恰好變為黃色，再加入pH為5.9的乙酸鈉緩沖液10 mL，加水稀釋溶液到150 mL，在電爐上煮沸，然后取下冷卻到室溫，加入3滴5‰(質量分數)的二甲酚橙指示劑，用0.02 mol/L的硝酸鉛標準液滴定到溶液恰好變為紫色。同時做空白實驗。記錄硝酸鉛的用量。

1.5 光度法測定鐵

三價鐵離子與磺基水楊酸能生成有色的配合物，在pH為8～11時該配合物為黃色，因為其顏色的深淺度與鐵含量成正比，所以可用吸光度測定［7］。吸取5 mL母液，倒入25 mL比色管內，加20%(質量分數)的磺基水楊酸3 mL，再加氨水(1+ 1)5 mL，然后用水稀釋到刻度，搖勻。在波長420 nm處用1 cm比色皿測定其吸光度。以相應試劑空白做參比，測空白吸光度。以相應試劑和鐵標準液做參比，測標準試液吸光度。

2 測試結果與討論

2.1 硅鉬藍光度法測硅

實驗結果表明本顯色體系最大吸收波長位于660 nm處，則選用660 nm作為測量波長。根據本次分子篩組成特點，主要是考察鋁、鐵等元素的影響。實驗表明，測定30μg Si(Ⅳ)，可允許500μg Al3+、200μg Fe3+存在。在適量聯合掩蔽劑存在的情況下，鋁、鐵三價離子允許量可進一步提高。因此，本方法能滿足多數沸石分子篩中硅的測定。

吸光度實驗(n=5)結果:空白試液吸光度為0.098;標準液試液的吸光度為0.485;樣品試液的吸光度為0.882。不作標準曲線，直接采用根據標準曲線推導的公式:式中:樣吸為樣品試液的吸光度;空吸為空白試液的吸光度;標吸為標準液試液的吸光度。

帶入數據，計算得:w(SiO2)=65.64%。

2.2 光度法測鐵

實驗結果表明本顯色體系最大吸收波長位于420 nm處，則選用420 nm作為測量波長。根據本次分子篩組成特點，主要是考察硅、鋁等元素的影響。實驗表明，在氨性溶液中，磷酸鹽、氯化物及硫酸根都不會干擾鐵的測定。鋁、鈣、鎂等與磺基水楊酸生成溶于水的無色絡合物，一般加入過量試劑就可消除影響。因此，本方法能滿足含鐵沸石分子篩中鐵的測定。

吸光度實驗(n=5)結果:空白試液吸光度為0.080;標準液試液的吸光度為0.521;樣品試液的吸光度為0.276。同硅含量計算，不用畫工作曲線，采用推導公式:

帶入數據，計算得:w(Fe2O3)=1.11%。

2.3 鋁鐵合量測定

滴定實驗結果:空白實驗消耗Pb(NO3)2的體積為44.8 mL;樣品消耗 Pb(NO3)2的體積為32.5 mL。鋁鐵合量按下式計算:

帶入數據，計算得:w(Al2O3)=12.53%。

2.4 硅鋁比的計算

2.5 討論

根據硅鋁比的不同，沸石可分為高硅沸石(硅鋁比＞8)、中硅沸石(硅鋁比為4～8)、低硅沸石(硅鋁比＜4)。而且硅鋁比的不同，導致沸石分子結構差異，而其性質又取決于結構。一般情況下，硅鋁比越大，分子篩的耐酸性和熱穩定性越好。另外，分子篩硅鋁比的不同，使其表面酸性不同，直接影響它的催化活性。

3 結語

提出用吸光光度法、化學滴定法聯合測定含鐵沸石分子篩中的硅鋁比，實驗表明這是一種簡便、可靠的方法。在用光度法測含量時，用推導公式取代畫標準曲線的方法快捷計算出結果，且相對誤差均在允許范圍內。通過硅鋁比的測定，能為分子篩產品的性能提供重要參考指標和理論依據，從而為其制備和應用提出指導性意見。而且，根據實際需要，還可調整沸石的硅鋁比，來滿足所需性能。這樣就能為沸石分子篩的廣泛應用打下良好基礎。

［1］ 佘振寶，宋乃忠.沸石加工與應用［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［2］ 沈春玉，儲剛，劉發起.X射線衍射法測定分子篩硅鋁比與結晶度［J］.撫順石油學院學報，2002，22(4):34－37.

［3］ 梁雪明，姜良儒.用N2O－C2H2火焰原子化測定沸石分子篩中的硅鋁比［J］.石油學報，1987(2):92－93.

［4］ 翟慶洲，金永哲，邵長路，等.硅鉬藍光度法測定沸石分子篩中硅［J］.光譜實驗室，1998，15(3):82－84.

［5］ 張志紅，何曉囡，金俏，等.分光光度法測定ZMS－5分子篩催化劑中的硅［J］.北京石油化工學院學報，2010，18(3):43－46.

［6］ 陳必友，李啟華.工廠分析化驗手冊［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［7］ 武漢大學.分析化學［M］.北京:高等教育出版社，2007.

Determ ination of Si/A l ratio in zeolitem olecular sieves containing iron

Li Shuai，Zhang Jie，Nie Guanghua
(School of Mining，Guizhou University，Guiyang 550003，China)

On the iron containing zeolitemolecular sieves(iron－zeolite)，it's proposed to determine Si by using silicomolybdate blue photometry，to determine the combined amount of Al and Fe by EDTA－Pb(NO3)2titration，and to determine iron by sulfosalicylic acid－spectrophotometry.Finally the silicon，aluminum，and iron contents could be calculated，and the Si/Al ratio could be obtained.Experiments proved that thismethod was simple and feasible.Determination of Si/Al ratio could provide important reference index and theoretical foundation for zeolite performance and it could also help to decide what kind ofmolecular sieve canmeet the requirements.In addition，the chemicals required in this experimentare very common，and the experiment can be carried out in general laboratory，so it has some obvious advantages in economic costs and application scope.Also the reference value is significant.

zeolitemolecular sieve;iron;Si/Al ratio

TQ138.11

A

1006－4990(2012)01－0059－02

2011－07－24

李帥(1986— )，男，在讀碩士研究生，研究方向為礦物材料加工與利用。

聯 系 人:聶光華

聯系方式:lishuailsls@163.com