Procedimiento optimizado para la determinación de la adsorción de los fosfonatos en hidróxido férrico Granular utilizando un método de determinación de fósforo miniaturizados

El objetivo general de este procedimiento es la investigación fiable de la capacidad de absorción de los materiales selectivos que contienen hidróxido de hierro, como el hidróxido férrico granular, con respecto a los fosfonatos, con una baja carga de trabajo que supone un importante ahorro de costes en comparación con los métodos convencionales. Este método puede ayudar a responder preguntas clave sobre qué tan bien se pueden eliminar técnicamente los fosfonatos de las aguas residuales industriales, como los concentrados de membrana, en los que los fosfonatos están presentes como antiincrustantes. La principal ventaja de esta determinación de fósforo modificado utilizando viales de 10 mililitros y un termostato es que se pueden producir más resultados en menos tiempo en comparación con el método convencional.

La demostración del procedimiento estará a cargo de Ellen Raith-Bausch, una técnica de nuestro laboratorio. Para comenzar el experimento, seleccione uno o más tampones con propiedades adecuadas para esta técnica que almacenen tampón el rango o rangos de pH de interés. Para cada tampón a preparar, pesar o pipetear la cantidad necesaria de soluto para preparar una solución de 0,01 moles por litro en un matraz aforado.

Agregue agua desionizada tratada con ósmosis inversa hasta que el matraz esté aproximadamente 3/4 lleno. Añada el volumen necesario de una solución madre de fosfonato con una concentración de un gramo de fósforo por litro para alcanzar la concentración de fósforo objetivo en la solución tampón. A continuación, llene el matraz hasta la marca del anillo con agua.

Revuelva la mezcla hasta que el soluto se haya disuelto por completo, o durante cinco minutos para obtener un soluto líquido. Luego transfiera la solución tampón a una botella de vidrio etiquetada. Ajuste el pH de la solución con ácido clorhídrico o hidróxido de sodio al valor de pH deseado mientras agita.

Para comenzar la prueba de absorción, pese la cantidad deseada del material filtrante lavado y seco elegido en un tubo de centrífuga de 50 mililitros. Configure un rotador para que funcione a 20 revoluciones por minuto y encienda el rotador. Transfiera unos 250 mililitros de la solución tampón que contiene fosfonato de pH ajustado a un vaso de precipitados de vidrio.

Trabajando rápidamente, llene el tubo de material filtrante con el tampón que contiene fosfonato hasta la marca de 50 mililitros. Cierre el tubo y sujételo en el rotor en funcionamiento. Gire el tubo a 20 rpm para obtener el tiempo de absorción deseado.

A continuación, filtre de 10 a 20 mililitros del sobrenadante a través de un filtro de jeringa de 0,45 micras en un frasco de vidrio para su análisis. Mida y registre el pH del filtrado. Repita este proceso para cada fosfonato que contenga tampón que se vaya a probar.

Antes del análisis, limpie y seque un vial de 10 mililitros con tapón roscado y el tapón revestido de PTFE para cada muestra que se vaya a analizar. Si la concentración de fósforo esperada para una muestra está dentro de la curva de calibración, pipetee cuatro mililitros de la muestra en el vial. Si se espera que la concentración de la muestra exceda la curva de calibración, diluya un volumen más pequeño de la muestra con agua para lograr un volumen total de cuatro mililitros.

A continuación, pipetee 0,2 mililitros de solución de ácido sulfúrico 0,9 molar en el vial. Si la muestra tiene una concentración de hidróxido de sodio de un molar, agregue cuidadosamente 0,2 mililitros de ácido sulfúrico 13,5 molar al vial. A continuación, añadir al vial 4,8 mililitros de una solución madre o una suspensión de persulfato de potasio de la concentración adecuada para el tampón y la muestra.

Tape herméticamente el vial y agite el vial durante un segundo. La cantidad de dosis de persulfato de potasio debe coincidir con cada tampón y la solución individualmente, ya que cada tampón tiene una DQO diferente. Caliente la muestra a 148 a 150 grados Celsius durante una hora en un termostato de digestión.

A continuación, retire el vial del termostato y deje que se enfríe a temperatura ambiente. El método ISO 6878 sugiere el uso de matraz Erlenmeyer para la digestión. Sin embargo, esto es muy laborioso.

Además, con dosis fijas de NaOH, no se requiere un ajuste manual del pH como se estipula en el método ISO convencional. A continuación, en secuencia, agregue 0,4 mililitros de una solución de hidróxido de sodio 1,5 molar, 0,2 mililitros de una solución de 100 gramos por litro de ácido ascórbico y 0,4 mililitros de solución madre de molibdato dos. Tape herméticamente y agite el vial.

Espere entre 15 minutos y cuatro horas para que se revele el color en la solución. Finalmente, mida la absorbancia de la muestra a 880 nanómetros con un espectrofotómetro. Se logró una carga de hasta 0,55 miligramos de fósforo NTMP por gramo de GFH con una hora de contacto en tampón de ácido ácido.

Aunque la carga disminuyó con el aumento del pH, se observó absorción en un sistema de hidróxido de sodio a pH 12. Esto indica que una desorción exitosa requiere soluciones de hidróxido de sodio más concentradas. Se observaron cambios en el pH para varias concentraciones de tampón después de una hora de contacto entre el fósforo NTMP y el GFH en concentraciones de un miligramo por litro y 2,5 gramos por litro, respectivamente.

El ajuste relativamente fiable del pH para el efecto del contacto con el GFH sólo se logró a concentraciones de tampón de 10 milimoles por litro. Los tampones de 10 milimoles por litro también proporcionaron los resultados de absorción más fiables. Además, se pudo demostrar que la absorción de fosfonatos no se ve influida significativamente por la absorción paralela del tampón, ya que, independientemente de la concentración del tampón, se produjo una absorción de fosfonatos predominantemente similar.

Cuando se utilizaron tampones de 10 milimoles por litro, los complejos de color fueron más estables cuando los tampones se dosificaron con 0,6 milimoles de hidróxido de sodio. Las cantidades de persulfato de potasio solo necesitaban exceder la demanda química de oxígeno basada en dicromato de potasio, ya que no se esperaba que el nitrógeno y algunos grupos de sulfo se descompusieran por completo. La primera vez que tuve la idea de esta técnica fue cuando analicé el contenido total de fósforo de más de 1.000 muestras según los métodos convencionales para mi tesis doctoral.

Esto llevó mucho tiempo. El procedimiento presentado aquí muestra que las investigaciones relativas a la eliminación de fosfonatos por absorción en materiales que contienen óxido de hierro polar, como el hidróxido férrico granular, pueden llevarse a cabo de forma rápida y fiable cuando se cumple con el protocolo dado. Con este procedimiento, se pueden investigar varios factores que influyen en la carga de hidróxido férrico granular con fosfonatos, como el pH, la temperatura, la cinética, el fosfonato inicial y la concentración de GFH, o la presencia de componentes típicos de las aguas residuales como el calcio.

Al intentar este procedimiento, recuerde evitar la contaminación limpiando cada pieza del equipo adecuadamente con anticipación. Cuando se realiza adecuadamente, se pueden llevar a cabo hasta alrededor de 50 contaminaciones totales de fósforo en solo unas pocas horas.