使用微型化磷测定法优化测定膦酸盐在颗粒状氢氧化铁上吸附的实验步骤

本实验的总体目标是可靠地研究含铁氢氧化物的选择性材料（如颗粒状氢氧化铁）对磷化合物的吸附能力，与传统方法相比，该方法工作量小，可显著节约成本。该方法有助于回答一些关键问题，例如在工业废水中（如含有作为阻垢剂存在的磷化合物的膜浓缩液）如何有效去除磷化合物。采用10毫升小瓶和恒温器进行改良磷测定的主要优势在于，与传统方法相比，可在更短时间内获得更多的检测结果。

本实验操作将由本实验室的技术员 Ellen Raith-Bausch 演示。开始实验时，选择一种或多种适用于该技术的缓冲液，使其能够缓冲目标 pH 范围。对于每种待配制的缓冲液，称量或移取所需量的溶质，加入容量瓶中，配制成 0.01 摩尔每升的溶液。

加入反渗透处理的去离子水，直至烧瓶约充满至3/4体积。根据所需目标磷浓度，加入相应体积的磷储存液（浓度为每升含1克磷），以达到缓冲液中的目标磷浓度。然后用水定容至刻度环线。

搅拌混合物直至溶质完全溶解，若为液体溶质则搅拌五分钟。然后将缓冲溶液转移至已标记的玻璃瓶中。在搅拌的同时，用盐酸或氢氧化钠将溶液的 pH 值调节至所需值。

开始吸收测试时，将选定的经洗涤并干燥的过滤材料按所需量称重后放入50毫升离心管中。将旋转仪设置为20转/分钟并启动旋转仪。将约250毫升pH已调节的含膦酸盐缓冲溶液转移至玻璃烧杯中。

迅速操作，将含有磷酸盐的缓冲液加入滤材管中，直至液面达到50毫升刻度线。盖紧管盖，并将其固定在旋转仪上。以20 rpm的速度旋转，持续所需吸附时间。

然后，将10至20毫升上清液通过0.45微米注射器滤膜过滤至玻璃瓶中用于分析。测量并记录滤液的pH值。对每种含膦酸盐的缓冲液重复此步骤。

分析前，为每个待测样品准备一个10毫升带螺口盖的样品瓶及其聚四氟乙烯（PTFE）衬垫盖，并将其清洗干净并烘干。若样品的预期磷浓度在标准曲线范围内，用移液器吸取4毫升样品加入样品瓶中。若样品浓度预计超出标准曲线范围，则取较小体积的样品，用水稀释至总体积为4毫升。

接下来，用移液器将 0.2 毫升 0.9 摩尔的硫酸溶液加入小瓶中。如果样品的氢氧化钠浓度为 1 摩尔，则改为小心地向小瓶中加入 0.2 毫升 13.5 摩尔的硫酸。然后，向小瓶中加入 4.8 毫升适当浓度的过硫酸钾储备溶液或悬浮液，该浓度需根据缓冲液和样品的要求确定。

盖紧试管并振荡试管1秒钟。由于每种缓冲液的化学需氧量（COD）不同，过硫酸钾的加样量需针对每种缓冲液和溶液单独匹配。将样品在消解恒温器中于148至150摄氏度加热1小时。

然后将小瓶从恒温器中取出，使其冷却至室温。ISO 6878 方法建议使用锥形瓶进行消解。然而，这种方法非常耗时耗力。

此外，在固定氢氧化钠用量的情况下，无需按照传统的ISO方法进行手动pH调节。接下来，依次加入0.4毫升1.5摩尔/升的氢氧化钠溶液、0.2毫升100克/升的抗坏血酸溶液以及0.4毫升钼酸盐溶液2号储备液。盖紧瓶盖并振荡混匀。

在溶液中等待15分钟至4小时以显色。最后，使用分光光度计在880纳米处测定样品的吸光度。在酸性缓冲液中反应1小时，可达到每克GFH吸附0.55毫克NTMP磷的负载量。

尽管吸附量随pH升高而降低，但在pH为12的氢氧化钠体系中仍观察到吸附现象。这表明，要实现有效的解吸，需要使用浓度更高的氢氧化钠溶液。当NTMP磷浓度为1毫克/升、GFH浓度为2.5克/升时，分别接触一小时后，观察到不同缓冲液浓度下的pH变化。

只有在缓冲液浓度为 10 毫摩尔每升时，才能相对可靠地实现因与 GFH 接触而引起的 pH 调节。10 毫摩尔每升的缓冲液也提供了最可靠的吸附结果。此外，结果表明，磷酸酯的吸附不受缓冲液同时吸附的显著影响，因为无论缓冲液浓度如何，磷酸酯的吸附均主要保持相似。

当使用 10 毫摩尔每升的缓冲液时，加入 0.6 毫摩尔氢氧化钠后，所形成的有色复合物最为稳定。过硫酸钾的用量只需超过基于重铬酸钾的化学需氧量即可，因为氮和部分磺酸基团预计不会完全分解。我在撰写博士论文期间，按照常规方法分析了 1,000 多个样品的总磷含量，首次提出了该技术的构想。

这一过程非常耗时。本文所展示的方法表明，按照给定的实验方案，通过颗粒状氢氧化铁等含极性氧化铁材料吸附去除膦酸盐的研究可以快速且可靠地进行。利用该方法，可研究多种因素对颗粒状氢氧化铁吸附膦酸盐的影响，例如 pH 值、温度、动力学、初始膦酸盐浓度和 GFH 浓度，或废水中典型组分（如钙离子）的存在与否。

进行该操作时，请务必注意避免污染，提前正确清洁每一件设备。若操作得当，仅需数小时即可完成约50次总磷污染的处理。