Procédure optimisée pour la détermination de l’Adsorption de Phosphonates sur hydroxyde ferrique granulaire, en utilisant une méthode de dosage de phosphore miniaturisé

L’objectif global de cette procédure est l’étude fiable de la capacité d’absorption des matériaux contenant de l’hydroxyde de fer sélectif tels que l’hydroxyde ferrique granulaire en ce qui concerne les phosphonates avec une faible charge de travail et des économies significatives par rapport aux méthodes conventionnelles. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur la capacité technique des phosphonates à être éliminés des eaux usées industrielles telles que les concentrés membranaires, dans lesquels les phosphonates sont présents en tant qu’antitartres. Le principal avantage de cette détermination modifiée du phosphore à l’aide de flacons de 10 millilitres et d’un thermostat est qu’il est possible de produire plus de résultats dans un délai plus court par rapport à la méthode conventionnelle.

Ellen Raith-Bausch, une technicienne de notre laboratoire, fera la démonstration de la procédure. Pour commencer l’expérience, sélectionnez un ou plusieurs tampons ayant des propriétés appropriées pour cette technique qui tamponnent la ou les plages de pH d’intérêt. Pour chaque tampon à préparer, pesez ou pipetez la quantité nécessaire de soluté pour préparer une solution à 0,01 mole par litre dans une fiole jaugée.

Ajouter de l’eau désionisée traitée par osmose inverse jusqu’à ce que le ballon soit rempli aux 3/4 environ. Ajouter le volume nécessaire d’une solution mère de phosphonates avec la concentration d’un gramme de phosphore par litre pour atteindre la concentration cible de phosphore dans la solution tampon. Remplissez ensuite la fiole jusqu’à la marque de l’anneau avec de l’eau.

Remuez le mélange jusqu’à ce que le soluté soit complètement dissous, ou pendant cinq minutes pour un soluté liquide. Transférez ensuite la solution tampon dans une bouteille en verre étiquetée. Ajustez le pH de la solution avec de l’acide chlorhydrique ou de l’hydroxyde de sodium à la valeur de pH souhaitée tout en remuant.

Pour commencer le test d’absorption, pesez la quantité souhaitée du matériau filtrant lavé et séché choisi dans un tube à centrifuger de 50 millilitres. Réglez un rotateur pour qu’il fonctionne à 20 tours par minute et démarrez le rotateur. Transférez environ 250 millilitres de la solution tampon contenant du phosphonate au pH ajusté dans un bécher en verre.

En travaillant rapidement, remplissez le tube de matériau filtrant avec le tampon contenant du phosphonate jusqu’à la marque des 50 millilitres. Fermez le tube et fixez-le dans le rotateur en marche. Faites pivoter le tube à 20 tr/min pendant le temps d’absorption souhaité.

Ensuite, filtrez 10 à 20 millilitres de surnageant à travers un filtre à seringue de 0,45 micron dans une bouteille en verre pour analyse. Mesurer et consigner le pH du filtrat. Répétez ce processus pour chaque tampon contenant du phosphonate à tester.

Avant l’analyse, nettoyez et séchez un flacon à bouchon vissé de 10 millilitres et le bouchon doublé de PTFE pour chaque échantillon à tester. Si la concentration prévue de phosphore pour un échantillon se situe à l’intérieur de la courbe d’étalonnage, pipeter quatre millilitres de l’échantillon dans le flacon. Si l’on s’attend à ce que la concentration de l’échantillon dépasse la courbe d’étalonnage, diluez plutôt un plus petit volume de l’échantillon avec de l’eau pour obtenir un volume total de quatre millilitres.

Ensuite, pipetez 0,2 millilitre de solution d’acide sulfurique 0,9 molaire dans le flacon. Si l’échantillon a une concentration d’hydroxyde de sodium d’une molaire, ajoutez plutôt soigneusement 0,2 millilitre d’acide sulfurique 13,5 molaires dans le flacon. Ensuite, ajoutez au flacon 4,8 millilitres d’une solution mère ou d’une suspension de persulfate de potassium de la concentration appropriée pour le tampon et l’échantillon.

Fermez hermétiquement le flacon et secouez-le pendant une seconde. La quantité de dosage de persulfate de potassium doit être adaptée à chaque tampon et à la solution individuellement, car chaque tampon a une DCO différente. Chauffez l’échantillon à 148 à 150 degrés Celsius pendant une heure dans un thermostat de digestion.

Retirez ensuite le flacon du thermostat et laissez-le refroidir à température ambiante. La méthode ISO 6878 suggère l’utilisation d’un erlenmeyer pour la digestion. Cependant, cela demande beaucoup de main-d’œuvre.

De plus, avec des dosages fixes de NaOH, aucun ajustement manuel du pH, tel que stipulé dans la méthode ISO conventionnelle, n’est nécessaire. Ensuite, dans l’ordre, ajoutez 0,4 millilitre d’une solution d’hydroxyde de sodium de 1,5 molaire, 0,2 millilitre d’une solution d’acide ascorbique de 100 grammes par litre et 0,4 millilitre de solution mère de molybdate deux. Fermez hermétiquement et secouez le flacon.

Attendez entre 15 minutes et quatre heures pour le développement de la couleur dans la solution. Enfin, mesurez l’absorbance de l’échantillon à 880 nanomètres à l’aide d’un spectrophotomètre. Une charge allant jusqu’à 0,55 milligramme de phosphore NTMP par gramme de GFH a été obtenue avec une heure de contact dans un tampon d’acide acide.

Bien que la charge diminue avec l’augmentation du pH, l’absorption a été observée dans un système d’hydroxyde de sodium à pH 12. Cela indique qu’une désorption réussie nécessite des solutions d’hydroxyde de sodium plus concentrées. Des changements de pH ont été observés pour diverses concentrations tampons après une heure de contact entre le phosphore NTMP et la GFH à des concentrations d’un milligramme par litre et de 2,5 grammes par litre, respectivement.

Un ajustement relativement fiable du pH pour l’effet du contact avec la GFH n’a été obtenu qu’à des concentrations tampons de 10 millimoles par litre. Les tampons de 10 millimoles par litre ont également fourni les résultats d’absorption les plus fiables. De plus, il a pu être démontré que l’absorption des phosphonates n’est pas influencée de manière significative par l’absorption parallèle du tampon, car indépendamment de la concentration du tampon, une absorption des phosphonates principalement similaire s’est produite.

Lorsque des tampons de 10 millimoles par litre ont été utilisés, les complexes de couleurs étaient plus stables lorsque les tampons étaient dosés avec 0,6 millimole d’hydroxyde de sodium. Les quantités de persulfate de potassium n’avaient besoin que de dépasser la demande chimique en oxygène basée sur le dichromate de potassium, car on ne s’attendait pas à ce que les groupes azote et certains groupes sulfo se décomposent complètement. J’ai eu l’idée de cette technique pour la première fois lorsque j’ai analysé la teneur totale en phosphore de plus de 1 000 échantillons selon les méthodes conventionnelles pour ma thèse de doctorat.

Cela prenait beaucoup de temps. La procédure présentée ici montre que les recherches concernant l’élimination des phosphonates par absorption sur des matériaux contenant de l’oxyde de fer polaire tels que l’hydroxyde ferrique granulaire peuvent être effectuées rapidement et de manière fiable lorsqu’elles sont conformes au protocole donné. Grâce à cette procédure, divers facteurs influençant la charge d’hydroxyde ferrique granulaire avec des phosphonates peuvent être étudiés, tels que le pH, la température, la cinétique, le phosphonate initial et la concentration de GFH, ou la présence de composants typiques des eaux usées tels que le calcium.

Lorsque vous tentez cette procédure, n’oubliez pas d’éviter la contamination en nettoyant correctement chaque pièce d’équipement à l’avance. Lorsqu’elle est effectuée de manière appropriée, jusqu’à environ 50 contaminations totales au phosphore peuvent être effectuées en quelques heures seulement.