PAC中氧化鋁和鹽基度測定結果影響因素分析

劉靜慧， 張格維

(連云港市自來水有限責任公司水質檢測中心， 江蘇 連云港 222000)

1 1 PAC中氧化鋁含量測定影響因素分析

1.1 氧化鋁含量的測定方法

氧化鋁含量的測定原理是用硝酸將試樣解聚，在pH=3時加入過量EDTA溶液，使其與鋁以及其他金屬離子絡合，然后用氯化鋅標準滴定溶液返滴定。

按照《生活飲用水用聚氯化鋁》(GB15892—2020)，測定方法如下：稱取2.5 g(固體)/8 g(液體)試樣，用不含二氧化碳的水溶解，移入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。若稀釋液渾濁，用中速濾紙干過濾，記為溶液A。用移液管移取10.00 mL稀釋液或干過濾液，置于250 mL錐形瓶中，加入10 mL硝酸溶液，煮沸1 min冷卻至室溫后加入20.00 mL EDTA溶液，加入百里酚藍溶液3～4滴，用氨水溶液中和至試液從紅色到黃色，煮沸2 min。冷卻后加入10 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液和2～4滴二甲基酚橙指示溶液，用氯化鋅標準滴定溶液滴定至溶液由淡黃色變為微紅色即為終點，同時做空白試驗，以質量分數表示氧化鋁(Al2O3)含量W1(%)：

=(V0-V)×127.45/m

(1)

式中V0——空白試驗消耗的氯化鋅標準滴定溶液的體積，mL；

V——測定試樣消耗的氯化鋅標準滴定溶液的體積，mL；

c——氯化鋅標準滴定溶液的實際濃度，mol/L；

m——試料的質量，g；

M——氯化鋁的摩爾質量，g/mol。

1.2 硝酸酸化效果對檢測結果的影響

1.2.1 不加熱室溫放置

加入硝酸酸化后不加熱，室溫放置不同時間去酸化，比較不同時間酸化效果對檢測結果的影響。

稱取7.683 9，7.927 9和7.314 5 g液體試樣，水樣編號分別為1#、2#和3#，按照標準方法進行檢測。當加入10 mL硝酸溶液后，分別放置10，20，30和40 min，冷卻至室溫后再加入20.00 mL EDTA溶液，進行后續步驟。同時做平行和空白試驗，測定結果見圖1。

圖1 酸化后放置時間對氧化鋁含量檢測結果的影響Fig.1 Influence of storage time after acidification on detection results of alumina content

從圖1可以看出，加入硝酸酸化后不加熱，室溫放置一定時間后，隨著酸化時間的延長，檢測結果趨于穩定。

1.2.2 加入硝酸酸化后加熱不同時間

稱取8.012 7(1#)、7.845 9 (2#)和8.024 2 g(3#)液體試樣，按照標準步驟進行檢測，但其中加入10 mL硝酸溶液后，分別煮沸0(不煮沸)，0.5，1 和2 min，并冷卻至室溫。表1表明：加入硝酸酸化后加熱不同時間，隨著加熱時間的延長，檢測結果趨于穩定，加熱1或2 min的酸化效果一樣，0.5 min的效果明顯較差。日常檢測中，為了保證酸化效果，加熱不少于1 min。

表1 不同酸化時間下的氧化鋁含量檢測結果Tab.1 Detection results of alumina content at different acidification time %

1.2.3 水冷降溫

稱取8.012 7 (1#)、7.845 9 (2#)和8.024 2 g(3#) 液體試樣，按照標準方法進行檢測。其中加入10 mL硝酸溶液后分別加熱1和2 min，然后采用水冷降溫。從圖2可以看出：與之前自然冷卻相比，水冷人為縮短了酸化時間，對檢測結果有輕微影響。

圖2 酸化加熱后水冷降溫對氧化鋁含量檢測結果的影響Fig.2 Influence of water cooling after acidification heating on detection results of alumina content

1.3 EDTA標準溶液絡合時間對檢測結果的影響

1.3.1 不加熱室溫放置

加入EDTA后不加熱，室溫放置不同時間，比較不同時間EDTA絡合效果對檢測結果的影響。

稱取7.892 1(1#)、8.004 5(2#)和8.121 9 g(3#)液體試樣進行檢測，用不含二氧化碳的水溶解，移入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。若稀釋液渾濁，用中速濾紙干過濾，為溶液A。用移液管移取10.00 mL稀釋液或干過濾液，置于250 mL錐形瓶中，加入10 mL硝酸溶液，加熱1 min，冷卻至室溫后加入20.00 mL EDTA溶液，加入百里酚藍溶液3～4滴，用氨水溶液中和至試液從紅色到黃色，不加熱分別放置10，20，30 和40 min，再加入10 mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液和2～4滴二甲基酚橙指示溶液，用氯化鋅標準滴定溶液滴定至溶液由淡黃色變為微紅色即為終點，同時做平行和空白試驗，檢測結果見圖3。可以看出，加入EDTA后不加熱，室溫放置，隨著放置時間的延長檢測結果趨于穩定。

圖3 絡合后放置時間對氧化鋁含量檢測結果的影響Fig.3 Influence of placement time after complexation on detection results of alumina content

1.3.2 加入EDTA后加熱不同時間

稱取8.110 4(1#)、7.967 8(2#)和7.968 9 g(3#)液體試樣進行檢測，其中用氨水溶液中和至試液從紅色到黃色后，分別煮沸0，1，2 和3 min，冷卻后開展后續步驟。從圖4可以看出，加入EDTA后加熱不同時間，隨著加熱時間的延長，檢測結果趨于穩定。

圖4 絡合時間對氧化鋁含量檢測結果的影響Fig.4 Influence of complexing time on detection results of alumina content

1.3.3 水冷降溫

稱取8.110 4(1#)、7.967 8 (2#)、7.968 9 g(3#)液體試樣進行檢測，其中用氨水溶液中和至試液從紅色到黃色后，分別煮沸2和3 min，水冷降溫，冷卻后開展后續步驟。從圖5可以看出，水冷人為縮短了EDTA的絡合時間，對檢測結果有輕微的影響。

實驗中發現，向溶液A中加入硝酸溶液(1+12)后，煮沸一定時間加速酸化過程。

① 不進行加熱的情況下，溶液酸化放置時間越長，氧化鋁含量檢出值越穩定。

② 酸化加熱時間不足時，氧化鋁檢出含量與國標法檢出結果相差較大。

圖5 絡合降溫與水冷降溫條件下的氧化鋁含量檢測結果Fig.5 Detection results of alumina content under complexation cooling and water cooling conditions

③ 加熱時間大于等于國標要求的加熱時間，氧化鋁含量基本一致。但加熱后若采取驟然水冷，氧化鋁檢出值低于實際值。

④ 酸化時間與國標方法一致時，加入EDTA后不加熱的條件下放置，氧化鋁檢出值隨著放置時間的延長而趨于穩定；溶液加入EDTA溶液后，分別進行不同時間加熱反應，絡合時間不足時檢出氧化鋁的含量較低，加熱超過1 min，氧化鋁檢出值與按照國標方法的檢測基本一致；但即使加熱時間大于等于國標時間，加熱后驟然水冷會使氧化鋁檢出值低于實際值。

綜合分析后認為，酸化程度直接影響檢測結果的準確性，酸化時間不足會導致氧化鋁含量檢出值偏低，且水冷降溫會影響檢測結果。

2 PAC鹽基度測定的影響因素分析

2.1 鹽基度的測定方法概述

按照《水處理劑 聚氯化鋁》(GB 15892—2003)規定，移取25.00 mL試液A(鋁分析的使用液)，置于250 mL磨口瓶中，加入20.00 mL鹽酸標準溶液，接上磨口玻璃冷凝管，煮沸回流2 min，冷卻至室溫，轉移至聚乙烯杯中，加入20 mL氟化鉀溶液，搖勻。加入5滴酚酞指示劑，立即用氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈微紅色即為終點。同時，用不含二氧化碳的蒸餾水做平行和空白試驗，計算鹽基度(B)：

=(V0-V)c×169.9/mw1

(2)

式中V0——空白試驗消耗的氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；

V——測定試樣消耗的氫氧化鈉標準滴定溶液的體積，mL；

c——氫氧化鈉標準滴定溶液實際濃度，mol/L；

w1——測得的氧化鋁的質量分數，%；

M——氫氧根(OH-)的摩爾質量，g/mol；

0.529 3——氧化鋁折算成Al的系數；

8.994——1/3Al的摩爾質量，g/mol。

2.2 鹽酸酸化時間的影響分析

2.2.1 加入鹽酸后不加熱放置不同時間

稱取8.052 6 (1#)、7.897 5 (2#)和7.679 5 g(3#) 液體試樣，用不含二氧化碳的水溶解，移入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。若稀釋液渾濁，用中速濾紙干過濾，記為溶液A。移取25.00 mL試液A，置于250 mL磨口瓶中，加入20.00 mL鹽酸標準溶液，分別放置10，20，30和40 min，轉移至聚乙烯杯中，加入20 mL氟化鉀溶液，搖勻。加入5滴酚酞指示劑，立即用氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈微紅色即為終點。同時用不含二氧化碳的蒸餾水做平行和空白試驗。從圖6可以看出：加入鹽酸酸化后不加熱，室溫放置，隨著放置時間的延長檢測結果趨于穩定。

圖6 放置時間對鹽基度檢測結果的影響Fig.6 Influence of placement time on detection results of basicity

2.2.2 加入鹽酸后加熱不同時間

稱取8.100 7(1#)、8.007 5(2#)和7.969 4 g(3#)液體試樣進行檢測，其中加入20.00 mL鹽酸標準溶液后，接上磨口玻璃冷凝管，分別不煮沸、煮沸回流不同時間后冷卻至室溫，開展后續步驟，檢測結果見圖7。加入鹽酸后加熱，隨著加熱時間的延長，檢測結果趨于穩定。

2.2.3 水冷降溫

稱取8.100 7(1#)、8.007 5(2#)和7.969 4 g(3#)液體試樣進行檢測，其中加入20.00 mL鹽酸標準溶液，接上磨口玻璃冷凝管，煮沸回流2和3 min后水冷降溫至室溫。從表2可以看出，水冷人為縮短了酸化時間，對檢測結果有稍微的影響。

圖7 酸化加熱時間對鹽基度測定結果的影響Fig.7 Influence of heating time after acidification on detection results of basicity

表2 酸化加熱后不同降溫方式下的鹽基度檢測結果Tab.2 Detection results of basicity under different cooling modes after heating%

2.3 氟化鉀濃度對檢測結果的影響

聚合氯化鋁鹽基度測定使用的氟化鉀溶液(500 g/L)，配制后呈飽和溶液，需要過濾不溶物后貯存于塑料瓶中。取3份不溶物含量不同的固體PAC樣品，分別使用經過濾和未過濾的氟化鉀溶液進行試驗，觀察對試驗結果的影響。

稱取7.624 7(1#)、7.947 6(2#)和7.889 2 g(3#) 液體試樣，用不含二氧化碳的水溶解，移入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。若稀釋液渾濁，用中速濾紙干過濾，記為溶液A。移取25.00 mL試液A，置于250 mL磨口瓶中，加入20.00 mL鹽酸標準溶液，接上磨口玻璃冷凝管，煮沸回流2 min,冷卻至室溫，轉移至聚乙烯杯中，加入20 mL氟化鉀溶液，搖勻。加入5滴酚酞指示劑，立即用氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈微紅色即為終點。同時用不含二氧化碳的蒸餾水做平行和空白試驗。

從表3可以看出，氟化鉀溶液的飽和度對檢測結果有一定的影響。氟化鉀濃度剛好飽和溶液，不能過于飽和。

表3 使用不同氟化鉀濃度的鹽基度測定結果Tab.3 Detection results of basicity using different potassium fluoride concentrations %

溶液A加入鹽酸(1+1)溶液后，經煮沸加速酸化過程，從實驗結果可以看出：

① 在不加熱的情況下，溶液酸化放置時間越長，鹽基度含量檢測值越穩定。

② 酸化加熱時間不足，鹽基度含量與采用國標法得出的檢測結果偏差較大，檢出值偏低于實際值。

③ 加熱時間大于等于標準時間，檢出鹽基度含量基本一致，但加熱后驟然水冷會使鹽基度結果低于國標方法檢測值。

因此，酸化過程是本試驗方法的重要環節，加熱時間不足會使酸化不完全，致使結果偏低；加熱后驟然水冷降溫會減少自然降溫伴隨的后續酸化反應時間，使反應不充分而影響數據結果。

3 結論

聚合氯化鋁是我國自來水行業普遍使用的凈水劑，在實際應用中，鋁鹽及鹽基度是關鍵指標。日常檢測中必須掌握和了解檢測過程中的關鍵環節，嚴格按照規范操作，從而確保檢測結果的準確性。