快速測定沸石粉吸氨量新方法研究

潘浣鈺　何建雄　郝燕娟　陳容

摘要：為了實現沸石粉吸氨量指標的快速測定，對一種基于重量法的快速測定方法進行了研究，在對稱樣量、對照組設置、添加氨水量等試驗條件進行研究后，發現進行該實驗的最佳條件是稱樣量5g，干燥器中加入氨水50 mL，以等量水作對照。使用篩選過的條件對三個不同的樣品進行吸氨量測試，發現有的結果與國標方法一致，有的與國標方法相差很大，因此在使用快速重量法進行沸石粉吸氨量測定時，需要注意與國標法檢測結果的差異。

關鍵詞：沸石粉;吸氨量;重量法;氨水

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.044

沸石粉（ Zeolite）是一種含堿金屬和堿土金屬的硅酸鹽礦物質（含水多孔鋁硅酸鹽的總稱），目前已發現的天然沸石有40種左右。由于沸石具有獨特的離子交換性、吸附性和催化性，因此廣泛運用在環保領域、建筑材料工業、石油化工行業、輕工業、農牧業等行業。在環保行業中，由于沸石對水中銨離子的選擇吸附作用，常被用作吸附劑去除廢水中的氨氮。在養殖業中，沸石粉不僅可以作為飼料添加劑提高營養的利用率，補充微量元素，而且可以減少氨氣排放，減少大氣污染，凈化水質。然而，天然沸石種類甚多，品位不一，沸石含量變化很大，導致應用中的效果有很大差異。關于沸石粉吸附氨氮能力的檢測，《飼料級沸石粉》（ GB/T216952008）中有對沸石吸附氨氮的能力進行測定的方法，其主要步驟是把試樣用氯化銨煮沸改型，經水洗滌后，再加氯化鉀溶液，將交換的銨離子置換出來，然后加入甲醛，被置換出的銨離子和甲醛作用生成鹽酸，用標準氫氧化鈉溶液滴定，計算其吸氨量。

在實際操作中發現使用該方法進行檢測時，由于沸石粉顆粒細，極易堵塞濾紙孔，導致過濾緩慢，使測試耗時很長，需要好幾天才能完成實驗。我們了解到，有一些實驗室為了迅速獲得沸石粉的質量指標，將沸石粉置于飽和氨蒸氣環境下吸氨1h，吸氨前后沸石粉質量之差為吸氨量的快速重量法。重量法是測定固體對氣體吸附量的一種重要方法，但是在測定過程中為了排除其他干擾，需要用到真空系統、冷阱、比較復雜的儀器裝置，很難在一般的實驗室實現。快速重量法簡化了實驗條件，在一般實驗室中也能進行，但是實驗條件變化對實驗結果的影響未見報道。

本文對快速重量法的條件進行了一系列研究，考察條件的變化對實驗結果的影響，并分別用快速重量法和國標的吸氨量測定方法對三個樣品進行吸氨量測試，以考察兩種方法測定結果的差異。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試樣1由博羅雄旺生產。試樣2為信陽市平橋區建權沸石粉廠生產的沸石粉（飼料級、獸藥級）。試樣3購自遼寧天盛礦產。

1.2 試劑

以下試劑均為分析純，水是以密理博明澈超純水機制得的三級水。

氯化銨溶液（ 1.0 mol/L）：稱取53.49 9氯化銨溶于400 mL水中，用水稀釋至IL。

氯化鉀（ 1.0 mol/L）：稱取74.55 9氯化鉀溶于400 mL水中，用水稀釋至IL。

甲醛溶液（2+1）（體積比）：使用前用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液中和至酚酞指示劑呈粉紅色。

氨一氯化銨緩沖溶液（pH-IO）：稱取20.0g氯化銨溶于200 mL水中，加80 mL氨水，用水稀釋至IL。

硝酸銀溶液（1 g/L）：稱取0.1 g硝酸銀加水溶解并稀釋至100 mL。

氫氧化鈉標準溶液：c（ NaOH） -0.1 mol/L，按GB/T 601配制。

酚酞指示劑：取酚酞1g，加乙醇100 mL使溶解，即可得到。

氨水25.0% - 28.0%，酸性鉻藍K指示劑。

1.3 儀器設備

儀器設備主要有：滴定管;內徑240 mm，全高305 mm，瓷板直徑210 mm的干燥器;直徑14.4 cm的培養皿;內徑4.7 cm，帶蓋的稱量瓶。

2 實驗方法

2.1 快速重量法

稱取5 g（準至0.002g）烘干水分的沸石粉于帶蓋的稱量瓶中，打開蓋子將稱量瓶放入預先加入一定量氨水的干燥器中，30℃溫度下吸附1h，取出后蓋上蓋子，馬上稱量。

2.2 《飼料級沸石粉》中吸氨量測定方法

《飼料級沸石粉》（ GB/T 216952008）中吸氨量測定方法如下。

稱取1.000g（準確至0.001g）試樣置于250 mL燒杯中，加入1.0 mol/L氯化銨50 mL和少許紙漿，在電熱板上煮沸并保溫30 min。取下，用慢速濾紙過濾，用煮沸的1.0 mol/L氯化銨溶液洗滌，直至流出的溶液中無鈣、鎂離子為止。

檢查方法：在小燒杯中加幾毫升氨一氯化銨緩沖溶液和1滴酸性鉻藍K指示劑，承接一些濾液，如溶液不變紅色，說明已洗凈。再改用溫水洗滌至無氯離子（硝酸銀溶液檢查），用水將漏斗尾部沖洗一下。

漏斗改用清潔的250 mL燒杯承接，分三次加入煮沸的1.0 mol/L氯化鉀溶液，如溶液紅色30 s不褪色，表示終點已到，如紅色褪去，則應重復滴定至穩定的紅色為止。以三次滴定所消耗的氫氧化鈉標準溶液的總體積計算結果。

吸氨量X（以質量分數計，數值以mmol/100g表示）公式為：

X=cxV/m×100

（2）

式（2）中：c為氫氧化鈉標準溶液濃度，mmol/L;V為消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，mL;m為試樣質量，g。

2.3 快速重量法方法研究

2.3.1 快速重量法中沸石粉對氨水和水吸收的差異

按照同樣的方法稱取相同的樣品，分為實驗組與對照組，實驗組按快速重量法進行測定。對照組將氨水換成水，相同條件下進行測定。

2.3.2 快速重量法中稱樣量多少的影響

分別稱取10g、5g、2g、1g（準確至0.002g）樣品于稱量瓶中，按快速重量法進行測定。

2.3.3 快速重量法中添加氨水量的影響

分別放置5.0 mL、20.0 mL、50.0 mL、80.0 mL氨水于直徑為14.4 cm的培養皿中，置于所備的干燥器中，使氨氣充滿干燥器后放人試樣進行吸氨量測定，對照以相同量的水代替氨水。

2.4 兩種方法對三種樣品的測定

分別用快速重量法和吸氨量測定方法對三種沸石粉樣品進行測定。

3 結果

3.1 快速重量法中沸石粉對氨水和水吸收的差異

沸石粉對氨水和水吸收的差異如圖1所示。從圖1可看出，沸石粉吸附水導致的增重對實驗結果有很大影響，因此在用此方法進行吸氨量測定時，必須設置對照，并在計算時扣除空白。

3.2 快速重量法中稱樣量多少的影響

稱樣量對吸氨量的影響如圖2所示。從實驗結果可知，稱樣量多少對實驗結果有很大影響，隨著稱樣量的減少，吸水量增大;而對氨的吸收量則在稱樣量為5g和2g時達到高峰，吸氨量的最高峰出現在稱樣量為5g時，據此在下一步的實驗中均采用稱樣量5g。

3.3 快速重量法中添加氨水量的影響

添加氨水量對吸氨量的影響如圖3所示。從圖3可知，吸氨量測定值隨著氨水添加量的增加而增加，添加的氨水量達到50 mL時，再增加氨水量，吸氨值不會明顯增加。

3.4 國標方法和快速重量法對三種樣品的測定

國標方法和快速重量法對三種樣品的測定結果如表1所示。從表1可知，用國標方法和快速重量法對試樣1和試樣3測定的結果是相近的，對這兩組測定結果采取F檢驗，得出的F值分別為7.14和3.60，均小于F0.95（1 4）7.70，差異不顯著;而對試樣2的測定，兩種方法的測定結果則相差很大，F檢驗結果也顯示兩者之間存在顯著差異。這個結果說明在用快速重量法測定樣品時，有的結果與國標方法一致，有的測定結果卻與國標方法相差很大。

4 討論

快速重量法操作簡便，相比國標方法（耗時2-3d）大大減少了實驗時間，但實驗結果表明，沸石粉吸附水導致的增重對實驗結果有很大影響，因此在使用此方法進行吸氨量測定時，必須設置對照，并在計算時扣除空白。其他實驗條件，如稱樣量、添加氨水量的改變，對用快速重量法所測定得的實驗結果有很大影響，因此在使用此方法進行吸氨量測定前，必須對實驗條件進行測試，找出最優的實驗條件。在本實驗室，進行該實驗的最佳條件是稱樣量5g，干燥器中加入氨水50 mL。

從實驗結果可知，不同樣品用快速重量法和國標法進行吸氨量測試，檢測結果有的相近，有的有很大差異，可能與樣品本身的性質，如樣品顆粒大小有關，有待進一步實驗研究。因此在使用快速重量法進行沸石粉吸氨量測定時，需要注意與國標法檢測結果的差異，謹慎解讀結果。

致謝：梁解花女士協助測定了本文的部分數據，在此表示感謝！

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