含铁沸石分子筛中硅铝比的测定

李 帅，张 杰，聂光华

(贵州大学矿业学院，贵州贵阳 550003)

化工分析与测试

含铁沸石分子筛中硅铝比的测定

李 帅，张 杰，聂光华

(贵州大学矿业学院，贵州贵阳 550003)

针对含铁沸石分子筛，提出用硅钼蓝光度法测硅，用EDTA和硝酸铅滴定法测铝铁合量，再用磺基水杨酸光度法测铁，根据测试结果计算硅、铝、铁的含量及求出硅铝物质的量比，并通过实验证明该方法简单可行。通过硅铝物质的量比的测定，能为分子筛产品的性能提供重要参考指标和理论依据，而且，根据实际需要，还可调整沸石的硅铝物质的量比，来满足所需性能。另外，本方法因为所需化学药剂常见，在一般实验室均可进行，所以在经济上和适用范围上都有较明显的优势，参考价值显著。

沸石分子筛;铁;硅铝比

沸石分子筛具有较优的吸附、催化、离子交换和耐热耐酸等性能［1］，而影响这些性能的一个主要因素就是硅铝物质的量比(以下简称硅铝比)。因此准确测量分子筛的硅铝比，无论是对制备工艺的设计要求，还是对性能的评价，都是十分重要的［2－3］。笔者提出用分光光度法和化学分析法测定含铁分子筛中硅、铝、铁的含量，从而确定硅铝比。

1 实验部分

1.1 实验仪器、药剂

仪器为722型分光光度计。

药剂:EDTA(0.04mol/L);酒石酸(质量分数为50%);钼酸铵(质量分数为5%);乙酸钠的缓冲溶液(pH为5.9);氨水(1+1);高锰酸钾(质量分数为2%);酒精(体积分数为95%);硝酸铅标准液(0.02 mol/L);铁标准液(250μg/mL);硅标准液［324μg/mL(以四价硅计)］。

1.2 制工作用母液

称取0.2 g沸石样品，放入150 mL的烧杯中，加入1.0 g氢氧化钠和10 mL水，在电炉上加热溶解，往烧杯里加水到50 mL，再加10 mL浓盐酸，接着在电炉上加热到溶液变透亮，冷却后把溶液倒入100 mL容量瓶中，用水洗净烧杯，并稀释容量瓶里的溶液到刻度，摇匀，作为母液。同时做空白实验。

1.3 硅钼蓝光度法测定硅

在硫酸介质中Si(Ⅳ)和钼酸盐反应生成黄色硅钼酸，再用还原剂抗坏血酸将硅钼酸还原为蓝色硅钼蓝［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，加热水30 mL，再加5%的钼酸铵溶液5 mL，放置10 min，加2%的高锰酸钾到溶液变为红色，再加17%(质量分数)的硫酸40 mL，加3%(质量分数)的抗坏血酸5 mL，摇匀，用水稀释到容量瓶的刻度线。30 min后，在波长660 nm处用1 cm比色皿测量吸光度。以相应试剂空白为参比，测量空白吸光度。以相应试剂和硅标准液为参比，测量标准试液吸光度［注:因为样品试液的吸光度超过1，所以第二次从样品试液中吸取5 mL倒入50 mL容量瓶中，再用空白试液稀释到刻度，测量其吸光度(结果数据)］。

1.4 铝铁合量的测定

在试液中加入已知量过量的EDTA标准液，将铝铁一起络合，再用硝酸铅标准液滴定，络合过量的EDTA［6］。用胖肚吸管吸取 50 mL母液，倒入300 mL锥形瓶中，加入0.04 mol/L的EDTA 25 mL，加50%的酒石酸4 mL，再加2滴1‰(质量分数)的甲基红指示剂，用氨水(1+1)中和溶液，直到溶液恰好变为黄色，再加入pH为5.9的乙酸钠缓冲液10 mL，加水稀释溶液到150 mL，在电炉上煮沸，然后取下冷却到室温，加入3滴5‰(质量分数)的二甲酚橙指示剂，用0.02 mol/L的硝酸铅标准液滴定到溶液恰好变为紫色。同时做空白实验。记录硝酸铅的用量。

1.5 光度法测定铁

三价铁离子与磺基水杨酸能生成有色的配合物，在pH为8～11时该配合物为黄色，因为其颜色的深浅度与铁含量成正比，所以可用吸光度测定［7］。吸取5 mL母液，倒入25 mL比色管内，加20%(质量分数)的磺基水杨酸3 mL，再加氨水(1+ 1)5 mL，然后用水稀释到刻度，摇匀。在波长420 nm处用1 cm比色皿测定其吸光度。以相应试剂空白做参比，测空白吸光度。以相应试剂和铁标准液做参比，测标准试液吸光度。

2 测试结果与讨论

2.1 硅钼蓝光度法测硅

实验结果表明本显色体系最大吸收波长位于660 nm处，则选用660 nm作为测量波长。根据本次分子筛组成特点，主要是考察铝、铁等元素的影响。实验表明，测定30μg Si(Ⅳ)，可允许500μg Al3+、200μg Fe3+存在。在适量联合掩蔽剂存在的情况下，铝、铁三价离子允许量可进一步提高。因此，本方法能满足多数沸石分子筛中硅的测定。

吸光度实验(n=5)结果:空白试液吸光度为0.098;标准液试液的吸光度为0.485;样品试液的吸光度为0.882。不作标准曲线，直接采用根据标准曲线推导的公式:式中:样吸为样品试液的吸光度;空吸为空白试液的吸光度;标吸为标准液试液的吸光度。

带入数据，计算得:w(SiO2)=65.64%。

2.2 光度法测铁

实验结果表明本显色体系最大吸收波长位于420 nm处，则选用420 nm作为测量波长。根据本次分子筛组成特点，主要是考察硅、铝等元素的影响。实验表明，在氨性溶液中，磷酸盐、氯化物及硫酸根都不会干扰铁的测定。铝、钙、镁等与磺基水杨酸生成溶于水的无色络合物，一般加入过量试剂就可消除影响。因此，本方法能满足含铁沸石分子筛中铁的测定。

吸光度实验(n=5)结果:空白试液吸光度为0.080;标准液试液的吸光度为0.521;样品试液的吸光度为0.276。同硅含量计算，不用画工作曲线，采用推导公式:

带入数据，计算得:w(Fe2O3)=1.11%。

2.3 铝铁合量测定

滴定实验结果:空白实验消耗Pb(NO3)2的体积为44.8 mL;样品消耗 Pb(NO3)2的体积为32.5 mL。铝铁合量按下式计算:

带入数据，计算得:w(Al2O3)=12.53%。

2.4 硅铝比的计算

2.5 讨论

根据硅铝比的不同，沸石可分为高硅沸石(硅铝比＞8)、中硅沸石(硅铝比为4～8)、低硅沸石(硅铝比＜4)。而且硅铝比的不同，导致沸石分子结构差异，而其性质又取决于结构。一般情况下，硅铝比越大，分子筛的耐酸性和热稳定性越好。另外，分子筛硅铝比的不同，使其表面酸性不同，直接影响它的催化活性。

3 结语

提出用吸光光度法、化学滴定法联合测定含铁沸石分子筛中的硅铝比，实验表明这是一种简便、可靠的方法。在用光度法测含量时，用推导公式取代画标准曲线的方法快捷计算出结果，且相对误差均在允许范围内。通过硅铝比的测定，能为分子筛产品的性能提供重要参考指标和理论依据，从而为其制备和应用提出指导性意见。而且，根据实际需要，还可调整沸石的硅铝比，来满足所需性能。这样就能为沸石分子筛的广泛应用打下良好基础。

［1］ 佘振宝，宋乃忠.沸石加工与应用［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［2］ 沈春玉，储刚，刘发起.X射线衍射法测定分子筛硅铝比与结晶度［J］.抚顺石油学院学报，2002，22(4):34－37.

［3］ 梁雪明，姜良儒.用N2O－C2H2火焰原子化测定沸石分子筛中的硅铝比［J］.石油学报，1987(2):92－93.

［4］ 翟庆洲，金永哲，邵长路，等.硅钼蓝光度法测定沸石分子筛中硅［J］.光谱实验室，1998，15(3):82－84.

［5］ 张志红，何晓囡，金俏，等.分光光度法测定ZMS－5分子筛催化剂中的硅［J］.北京石油化工学院学报，2010，18(3):43－46.

［6］ 陈必友，李启华.工厂分析化验手册［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［7］ 武汉大学.分析化学［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

李帅(1986— )，男，在读硕士研究生，研究方向为矿物材料加工与利用。

联 系 人:聂光华

联系方式:lishuailsls@163.com