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(xué)礦業(yè)學(xué)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(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州貴陽 550003)

針對含鐵沸石分子篩，提出用硅鉬藍(lán)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(jù)測試結(jié)果計(jì)算硅、鋁、鐵的含量及求出硅鋁物質(zhì)的量比，并通過實(shí)驗(yàn)證明該方法簡單可行。通過硅鋁物質(zhì)的量比的測定，能為分子篩產(chǎn)品的性能提供重要參考指標(biāo)和理論依據(jù)，而且，根據(jù)實(shí)際需要，還可調(diào)整沸石的硅鋁物質(zhì)的量比，來滿足所需性能。另外，本方法因?yàn)樗杌瘜W(xué)藥劑常見，在一般實(shí)驗(yàn)室均可進(jìn)行，所以在經(jīng)濟(jì)上和適用范圍上都有較明顯的優(yōu)勢，參考價(jià)值顯著。

沸石分子篩;鐵;硅鋁比

沸石分子篩具有較優(yōu)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(gè)主要因素就是硅鋁物質(zhì)的量比(以下簡稱硅鋁比)。因此準(zhǔn)確測量分子篩的硅鋁比，無論是對制備工藝的設(shè)計(jì)要求，還是對性能的評(píng)價(jià)，都是十分重要的［2－3］。筆者提出用分光光度法和化學(xué)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(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器、藥劑

儀器為722型分光光度計(jì)。

藥劑:EDTA(0.04mol/L);酒石酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%);鉬酸銨(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%);乙酸鈉的緩沖溶液(pH為5.9);氨水(1+1);高錳酸鉀(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%);酒精(體積分?jǐn)?shù)為95%);硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)液(0.02 mol/L);鐵標(biāo)準(zhǔn)液(250μg/mL);硅標(biāo)準(zhǔn)液［324μg/mL(以四價(jià)硅計(jì))］。

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(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.3 硅鉬藍(lán)光度法測定硅

在硫酸介質(zhì)中Si(Ⅳ)和鉬酸鹽反應(yīng)生成黃色硅鉬酸，再用還原劑抗壞血酸將硅鉬酸還原為藍(lán)色硅鉬藍(lán)［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?yōu)榧t色，再加17%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硫酸40 mL，加3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(yīng)試劑空白為參比，測量空白吸光度。以相應(yīng)試劑和硅標(biāo)準(zhǔn)液為參比，測量標(biāo)準(zhǔn)試液吸光度［注:因?yàn)闃悠吩囈旱奈舛瘸^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(jié)果數(shù)據(jù))］。

1.4 鋁鐵合量的測定

在試液中加入已知量過量的EDTA標(biāo)準(zhǔn)液，將鋁鐵一起絡(luò)合，再用硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)液滴定，絡(luò)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(zhì)量分?jǐn)?shù))的甲基紅指示劑，用氨水(1+1)中和溶液，直到溶液恰好變?yōu)辄S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(zhì)量分?jǐn)?shù))的二甲酚橙指示劑，用0.02 mol/L的硝酸鉛標(biāo)準(zhǔn)液滴定到溶液恰好變?yōu)樽仙Ｍ瑫r(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。記錄硝酸鉛的用量。

1.5 光度法測定鐵

三價(jià)鐵離子與磺基水楊酸能生成有色的配合物，在pH為8～11時(shí)該配合物為黃色，因?yàn)槠漕伾纳顪\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(nèi)，加20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(yīng)試劑空白做參比，測空白吸光度。以相應(yīng)試劑和鐵標(biāo)準(zhǔn)液做參比，測標(biāo)準(zhǔn)試液吸光度。

2 測試結(jié)果與討論

2.1 硅鉬藍(lán)光度法測硅

實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jù)本次分子篩組成特點(diǎn)，主要是考察鋁、鐵等元素的影響。實(shí)驗(yàn)表明，測定30μg Si(Ⅳ)，可允許500μg Al3+、200μg Fe3+存在。在適量聯(lián)合掩蔽劑存在的情況下，鋁、鐵三價(jià)離子允許量可進(jìn)一步提高。因此，本方法能滿足多數(shù)沸石分子篩中硅的測定。

吸光度實(shí)驗(yàn)(n=5)結(jié)果:空白試液吸光度為0.098;標(biāo)準(zhǔn)液試液的吸光度為0.485;樣品試液的吸光度為0.882。不作標(biāo)準(zhǔn)曲線，直接采用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推導(dǎo)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(biāo)吸為標(biāo)準(zhǔn)液試液的吸光度。

帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得:w(SiO2)=65.64%。

2.2 光度法測鐵

實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jù)本次分子篩組成特點(diǎn)，主要是考察硅、鋁等元素的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在氨性溶液中，磷酸鹽、氯化物及硫酸根都不會(huì)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(luò)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(shí)驗(yàn)(n=5)結(jié)果:空白試液吸光度為0.080;標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算，不用畫工作曲線，采用推導(dǎo)公式:

帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得:w(Fe2O3)=1.11%。

2.3 鋁鐵合量測定

滴定實(shí)驗(yàn)結(jié)果:空白實(shí)驗(yàn)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(jì)算:

帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算得:w(Al2O3)=12.53%。

2.4 硅鋁比的計(jì)算

2.5 討論

根據(jù)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(dǎo)致沸石分子結(jié)構(gòu)差異，而其性質(zhì)又取決于結(jié)構(gòu)。一般情況下，硅鋁比越大，分子篩的耐酸性和熱穩(wěn)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(jié)語

提出用吸光光度法、化學(xué)滴定法聯(lián)合測定含鐵沸石分子篩中的硅鋁比，實(shí)驗(yàn)表明這是一種簡便、可靠的方法。在用光度法測含量時(shí)，用推導(dǎo)公式取代畫標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法快捷計(jì)算出結(jié)果，且相對誤差均在允許范圍內(nèi)。通過硅鋁比的測定，能為分子篩產(chǎn)品的性能提供重要參考指標(biāo)和理論依據(jù)，從而為其制備和應(yīng)用提出指導(dǎo)性意見。而且，根據(jù)實(shí)際需要，還可調(diào)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(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

［1］ 佘振寶，宋乃忠.沸石加工與應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］ 沈春玉，儲(chǔ)剛，劉發(fā)起.X射線衍射法測定分子篩硅鋁比與結(jié)晶度［J］.撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào)，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(xué)報(bào)，1987(2):92－93.

［4］ 翟慶洲，金永哲，邵長路，等.硅鉬藍(lán)光度法測定沸石分子篩中硅［J］.光譜實(shí)驗(yàn)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(xué)院學(xué)報(bào)，2010，18(3):43－46.

［6］ 陳必友，李啟華.工廠分析化驗(yàn)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［7］ 武漢大學(xué).分析化學(xué)［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?yàn)榈V物材料加工與利用。

聯(lián) 系 人:聶光華

聯(lián)系方式:lishuailsls@163.com