Optimierte Verfahren zur Bestimmung der Adsorption von Phosphonaten auf Granular Ferric Hydroxid mit einer miniaturisierten Phosphor Entschlossenheit Methode

Dieses Papier stellt ein Verfahren zur Untersuchung der Adsorption von Phosphonaten auf Eisen-haltige Filtermaterialien, besonders granular ferric Hydroxid, mit wenig Aufwand und hohe Zuverlässigkeit. In einer gepufferten Lösung ist das Phosphonat in Kontakt das Adsorbens mit ein Rotator gebracht und dann über eine miniaturisierte Phosphor-Bestimmung-Methode analysiert.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die zuverlässige Untersuchung der Absorptionskapazität der selektiven Eisenhydroxid enthaltenden Materialien wie z.B. granuläres Eisenhydroxid gegenüber Phosphonaten mit dem geringen Arbeitsaufwand in signifikanten Kosteneinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen zu beantworten, wie gut Phosphonate technisch aus industriellen Abwässern wie Membrankonzentraten eliminiert werden können, in denen Phosphonate als Antiscalants vorhanden sind. Der Hauptvorteil dieser modifizierten Phosphorbestimmung mit 10-Milliliter-Fläschchen und einem Thermostat besteht darin, dass im Vergleich zur herkömmlichen Methode mehr Ergebnisse in kürzerer Zeit erzielt werden können.

Verfahren wird von Ellen Raith-Bausch, einer Technikerin aus unserem Labor, vorgeführt. Wählen Sie zu Beginn des Experiments einen oder mehrere Puffer mit geeigneten Eigenschaften für diese Technik aus, die den oder die interessierenden pH-Bereiche puffern. Für jeden Puffer, der hergestellt werden soll, wird die erforderliche Menge an gelöstem Stoff gewogen oder pipettiert, um eine Lösung von 0,01 mol pro Liter in einen Messkolben herzustellen.

Mit Umkehrosmose behandeltes entionisiertes Wasser zugeben, bis der Kolben zu etwa 3/4 gefüllt ist. Fügen Sie das erforderliche Volumen einer Phosphonat-Stammlösung mit einer Konzentration von einem Gramm Phosphor pro Liter hinzu, um die angestrebte Phosphorkonzentration in der Pufferlösung zu erreichen. Füllen Sie dann den Kolben bis zur Ringmarkierung mit Wasser.

Rühren Sie die Mischung, bis sich der gelöste Stoff vollständig aufgelöst hat, oder fünf Minuten lang, bis ein flüssiger gelöster Stoff vorhanden ist. Füllen Sie dann die Pufferlösung in eine beschriftete Glasflasche um. Stellen Sie den pH-Wert der Lösung entweder mit Salzsäure oder Natronlauge unter Rühren auf den gewünschten pH-Wert ein.

Um den Absorptionstest zu starten, wiegen Sie die gewünschte Menge des gewählten gewaschenen und getrockneten Filtermaterials in ein 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Stellen Sie einen Rotator so ein, dass er mit 20 Umdrehungen pro Minute läuft, und starten Sie den Rotator. Etwa 250 Milliliter der pH-eingestellten Phosphonat-haltigen Pufferlösung werden in ein Becherglas gegeben.

Füllen Sie das Rohr mit dem Filtermaterial schnell mit dem phosphonathaltigen Puffer bis zur 50-Milliliter-Marke. Schließen Sie das Rohr und klemmen Sie es in den laufenden Rotator. Drehen Sie das Rohr mit 20 U/min für die gewünschte Absorptionszeit.

Filtrieren Sie dann 10 bis 20 Milliliter des Überstands durch einen 0,45-Mikron-Spritzenvorsatzfilter in eine Glasflasche zur Analyse. Messen und erfassen Sie den pH-Wert des Filtrats. Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedes phosphonathaltige Puffer, das getestet werden soll.

Reinigen und trocknen Sie vor der Analyse für jede zu testende Probe ein 10-Milliliter-Fläschchen mit verschraubtem Verschluss und die PTFE-ausgekleidete Kappe. Wenn die erwartete Phosphorkonzentration für eine Probe innerhalb der Kalibrierkurve liegt, pipettieren Sie vier Milliliter der Probe in das Fläschchen. Wenn zu erwarten ist, dass die Konzentration der Probe die Kalibrierkurve überschreitet, verdünnen Sie stattdessen ein kleineres Volumen der Probe mit Wasser, um ein Gesamtvolumen von vier Millilitern zu erreichen.

Pipettieren Sie anschließend 0,2 Milliliter 0,9 molare Schwefelsäurelösung in die Durchstechflasche. Wenn die Probe eine Natriumhydroxidkonzentration von einem molaren aufweist, geben Sie stattdessen vorsichtig 0,2 Milliliter 13,5 molare Schwefelsäure in das Fläschchen. Dann werden 4,8 Milliliter einer Stammlösung oder einer Suspension von Kaliumpersulfat in der für den Puffer und die Probe geeigneten Konzentration in das Fläschchen gegeben.

Verschließen Sie die Durchstechflasche fest und schütteln Sie die Durchstechflasche eine Sekunde lang. Die Kaliumpersulfat-Dosierungsmenge muss individuell auf jeden Puffer und die Lösung abgestimmt werden, da jeder Puffer einen unterschiedlichen CSB hat. Erhitzen Sie die Probe eine Stunde lang bei 148 bis 150 Grad Celsius in einem Aufschlussthermostat

Nehmen Sie dann das Fläschchen aus dem Thermostat und lassen Sie es auf Raumtemperatur abkühlen. Die Methode ISO 6878 schlägt die Verwendung von Erlenmeyerkolben für den Aufschluss vor. Dies ist jedoch sehr arbeitsintensiv.

Darüber hinaus ist bei festen NaOH-Dosierungen keine manuelle pH-Einstellung erforderlich, wie sie bei der herkömmlichen ISO-Methode vorgeschrieben ist. Als nächstes fügen Sie nacheinander 0,4 Milliliter einer 1,5 molaren Natronlaugelösung, 0,2 Milliliter einer 100 Gramm pro Liter Lösung Ascorbinsäure und 0,4 Milliliter Molybdat-Zwei-Stamm-Lösung hinzu. Verschließen Sie die Durchstechflasche fest und schütteln Sie sie.

Warten Sie zwischen 15 Minuten und vier Stunden, bis sich die Farbe in der Lösung entwickelt hat. Messen Sie abschließend die Extinktion der Probe bei 880 Nanometern mit einem Spektralphotometer. Eine Beladung von bis zu 0,55 Milligramm NTMP-Phosphor pro Gramm GFH wurde bei einstündigem Kontakt mit saurem Säurepuffer erreicht.

Obwohl die Belastung mit steigendem pH-Wert abnahm, wurde eine Absorption in einem Natriumhydroxidsystem bei pH 12 beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass eine erfolgreiche Desorption konzentriertere Natronlauge erfordert. Veränderungen des pH-Werts wurden für verschiedene Pufferkonzentrationen nach einstündigem Kontakt zwischen NTMP-Phosphor und GFH in Konzentrationen von einem Milligramm pro Liter bzw. 2,5 Gramm pro Liter beobachtet.

Eine relativ zuverlässige pH-Einstellung für den Effekt des Kontakts mit GFH wurde nur bei Pufferkonzentrationen von 10 Millimol pro Liter erreicht. Die Puffer mit einer Kapazität von 10 Millimol pro Liter lieferten auch die zuverlässigsten Absorptionsergebnisse. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Phosphonatabsorption durch die parallele Absorption des Puffers nicht signifikant beeinflusst wird, da unabhängig von der Pufferkonzentration überwiegend eine ähnliche Phosphonatabsorption auftrat.

Wenn 10 Millimol pro Liter Puffer verwendet wurden, waren die Farbkomplexe am stabilsten, wenn die Puffer mit 0,6 Millimol Natriumhydroxid dosiert wurden. Die Kaliumpersulfatmengen mussten nur den Bedarf an chemischem Sauerstoff auf Kaliumdichromatbasis übersteigen, da nicht davon auszugehen war, dass sich der Stickstoff und einige Sulfogruppen vollständig zersetzen würden. Die Idee zu dieser Technik kam mir, als ich für meine Doktorarbeit den Gesamtphosphorgehalt von mehr als 1.000 Proben mit den herkömmlichen Methoden analysiert habe.

Das war sehr zeitaufwendig. Das hier vorgestellte Verfahren zeigt, dass Untersuchungen zur Eliminierung von Phosphonaten durch Absorption an polaren Eisenoxid haltigen Materialien, wie z.B. granuliertem Eisenhydroxid, in Übereinstimmung mit dem gegebenen Protokoll schnell und zuverlässig durchgeführt werden können. Mit diesem Verfahren können verschiedene Einflussfaktoren auf die Beladung von granulärem Eisenhydroxid mit Phosphonaten untersucht werden, wie z.B. pH-Wert, Temperatur, Kinetik, Ausgangsphosphonat- und GFH-Konzentration oder das Vorhandensein typischer Abwasserbestandteile wie Calcium.

Denken Sie bei diesem Verfahren daran, eine Kontamination zu vermeiden, indem Sie jedes Gerät im Voraus ordnungsgemäß reinigen. Bei sachgemäßer Durchführung können bis zu etwa 50 Gesamtphosphorkontaminationen in nur wenigen Stunden durchgeführt werden.