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。

?一、沸石粉吸氨的理論與問題

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/T21695—2008)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。

?二、實驗方法

  1. 快速重量法

稱取5g(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。

式(1)中:m2為吸氨后(稱量瓶+沸石粉)質量,g;m1為氨前(稱量瓶+沸石粉)質量,g;m為沸石粉質量,g。

  1. 《飼料級沸石粉》中吸氨量測定方法

《飼料級沸石粉》(GB/T21695—2008)中吸氨量測定方法如下。稱取1.000g(準確至0.001g)試樣置于250mL燒杯中,加入1.0mol/L氯化銨50mL和少許紙漿,在電熱板上煮沸并保溫30min。取下,用慢速濾紙過濾,用煮沸的1.0mol/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-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250mL燒杯承接,分三次加入煮沸的1.0mol/L氯化鉀溶液,如溶液紅色30s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。

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50mL。