一、背景阐述

沸石粉(Zeolite)是一种含碱金属和碱土金属的硅酸盐矿物质(含水多孔铝硅酸盐的总称),目前已发现的天然沸石有40种左右.由于沸石具有独特的离子交换性、吸附性和催化性,因此广泛运用在环保领域、 建筑材料工业、石油化工行业、轻工业、农牧业等行业。 在环保行业中,由于沸石对水中铵离子的选择吸附作用,常被用作吸附剂去除废水中的氨氮。 在养殖业中,沸石粉不仅可以作为饲料添加剂提高营养的利用率,补充微量元素,而且可以减少氨气排放,减少大气污染,净化水质。然而,天然沸石种类甚多,品位不一,沸石含量变化很大,导致应用中的效果有很大差异。关于沸石粉吸附氨氮能力的检测,《饲料级沸石粉》(GB/T21695—2008)中有对沸石吸附氨氮的能力进行测定的方法,其主要步骤是把试样用氯化铵煮沸改型,经水洗涤后,再加氯化钾溶液,将交换的铵离子置换出来,然后加入甲醛,被置换出的铵离子和甲醛作用生成盐酸,用标准氢氧化钠溶液滴定,计算其吸氨量。

在实际操作中发现使用该方法进行检测时, 由于沸石粉颗粒细, 极易堵塞滤纸孔,导致过滤缓慢,使测试耗时很长,需要好几天才能完成实验。我们了解到,有一些实验室为了迅速获得沸石粉的质量指标,将沸石粉置于饱和氨蒸气环境下吸氨1h,吸氨前后沸石粉质量之差为吸氨量的快速重量法。重量法是测定固体对气体吸附量的一种重要方法,但是在测定过程中为了排除其他干扰,需要用到真空系统、冷阱、比较复杂的仪器装置,很难在一般的实验室实现。快速重量法简化了实验条件,在一般实验室中也能进行,但是实验条件变化对实验结果的影响未见报道。

二、《饲料级沸石粉》中吸氨量测定方法

《饲料级沸石粉》(GB/T 21695—2008) 中吸氨量测定方法如下。称取 1.000 g(准确至 0.001 g)试样置于250 mL烧杯中,加入1.0 mol/L 氯化铵50 mL和少许纸浆,在电热板上煮沸并保温30 min。取下,用慢速滤纸过滤,用煮沸的1.0 mol/L氯化铵溶液洗涤,直至流出的溶液中无钙、镁离子为止。检查方法:在小烧杯中加几毫升氨-氯化铵缓冲溶液和1滴酸性铬蓝 K 指示剂, 承接一些滤液,如溶液不变红色,说明已洗净。再改用温水洗涤至无氯离子( 硝酸银溶液检查),用水将漏斗尾部冲洗一下。漏斗改用清洁的250 mL 烧杯承接, 分三次加入煮沸的1.0 mol/L 氯化钾溶液, 如溶液红色30 s不褪色,表示终点已到,如红色褪去,则应重复滴定至稳定的红色为止。以三次滴定所消耗的氢氧化钠标准溶液的总体积计算结果。

三、快速重量法方法

快速重量法中沸石粉对氨水和水吸收的差异。按照同样的方法称取相同的样品, 分为实验组与对照组, 实验组按快速重量法进行测定。 对照组将氨水换成水,相同条件下进行测定。
快速重量法中称样量多少的影响。分别称取 10 g、 5 g、 2 g、 1 g( 准确至 0.002 g) 样品于称量瓶中, 按快速重量法进行测定。
快速重量法中添加氨水量的影响。分别放置5.0 mL、 20.0 mL、 50.0 mL、 80.0 mL 氨水于直径为 14.4 cm的培养皿中,置于所备的干燥器中,使氨气充满干燥器后放入试样进行吸氨量测定,对照以相同量的水代替氨水。

总之,快速重量法操作简便,相比国标方法(耗时2~3 d) 大大减少了实验时间, 但实验结果表明,沸石粉吸附水导致的增重对实验结果有很大影响,因此在使用此方法进行吸氨量测定时,必须设置对照,并在计算时扣除空白。 其他实验条件,如称样量、 添加氨水量的改变,对用快速重量法所测定得的实验结果有很大影响,因此在使用此方法进行吸氨量测定前,必须对实验条件进行测试,找出最优的实验条件。另外,在使用快速重量法进行沸石粉吸氨量测定时,需要注意与国标法检测结果的差异,谨慎解读结果。