אופטימיזציה הליך לקביעת ספיחה של Phosphonates על גבי הידרוקסיד Ferric פרטנית באמצעות שיטה נחישות זרחן מיניאטורי

המטרה הכוללת של הליך זה היא חקירה אמינה של יכולת הספיגה של הידרוקסיד ברזל סלקטיבי המכיל חומרים כגון הידרוקסיד ברזל גרגירי לגבי פוספונטים עם עומס עבודה נמוך בחיסכון משמעותי בעלויות בהשוואה לשיטות קונבנציונליות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח לגבי עד כמה ניתן לסלק מבחינה טכנית פוספונטים משפכים תעשייתיים כגון תרכיזי ממברנה, שבהם פוספונטים נמצאים כאנטיסקלנטים. היתרון העיקרי של קביעת זרחן שונה זו באמצעות בקבוקונים של 10 מיליליטר ותרמוסטט הוא שניתן להפיק יותר תוצאות בזמן קצר יותר בהשוואה לשיטה הקונבנציונלית.

תדגים את ההליך אלן ריית'-באוש, טכנאית מהמעבדה שלנו. כדי להתחיל בניסוי, בחר מאגר אחד או יותר עם תכונות מתאימות לטכניקה זו החוצצת את טווח ה-pH או טווחי העניין. כדי להכין כל מאגר, שקלו או פיפטו את כמות המומס הדרושה להכנת תמיסה של 0.01 מול לליטר לבקבוק נפחי.

הוסף מים נטולי יונים שטופלו באוסמוזה הפוכה עד שהבקבוק מלא בערך 3/4. הוסף את הנפח הדרוש של תמיסת מלאי פוספונאט בריכוז של גרם אחד של זרחן לליטר כדי להשיג את ריכוז הזרחן היעד בתמיסת החיץ. ואז מלאו את הבקבוק לסימן הטבעת במים.

מערבבים את התערובת עד שההמומס נמס לחלוטין, או במשך חמש דקות למומס נוזלי. לאחר מכן העבירו את תמיסת החיץ לבקבוק זכוכית מסומן. התאם את ה-pH של התמיסה עם חומצה הידרוכלורית או נתרן הידרוקסיד לערך ה-pH הרצוי תוך כדי ערבוב.

כדי להתחיל בבדיקת הספיגה, שקלו את הכמות הרצויה של חומר המסנן השטוף והמיובש שנבחר לתוך צינור צנטריפוגה של 50 מיליליטר. הגדר מסובב לפעול במהירות של 20 סיבובים לדקה, והפעל את המסובב. מעבירים כ-250 מיליליטר של תמיסת חיץ המכילה פוספונאט מותאם pH לכוס זכוכית.

בעבודה מהירה, מלאו את הצינור של חומר המסנן במאגר המכיל פוספונאט עד לסימן 50 מיליליטר. סגור את הצינור והדק אותו לתוך המסובב הפועל. סובב את הצינור ב-20 סל"ד למשך זמן הספיגה הרצוי.

לאחר מכן, סנן 10 עד 20 מיליליטר של הסופרנטנט דרך מסנן מזרק 0.45 מיקרון לבקבוק זכוכית לניתוח. מדוד ורשום את ה-pH של המסנן. חזור על תהליך זה עבור כל מאגר המכיל פוספונאט שייבדק.

לפני הניתוח, נקה וייבש בקבוקון מכסה מוברג של 10 מיליליטר ואת המכסה מרופד PTFE עבור כל דגימה לבדיקה. אם ריכוז הזרחן הצפוי לדגימה נמצא בתוך עקומת הכיול, פיפטה ארבעה מיליליטר מהדגימה לתוך הבקבוקון. אם ריכוז הדגימה צפוי לחרוג מעקומת הכיול, במקום זאת יש לדלל נפח קטן יותר של הדגימה במים כדי להשיג נפח כולל של ארבעה מיליליטר.

לאחר מכן, פיפטה 0.2 מיליליטר של תמיסת חומצה גופרתית מולרית 0.9 לתוך הבקבוקון. אם לדגימה יש ריכוז נתרן הידרוקסיד של טוחנת אחת, במקום זאת הוסף בזהירות 0.2 מיליליטר של 13.5 חומצה גופרתית טוחנת לבקבוקון. לאחר מכן, הוסף לבקבוקון 4.8 מיליליטר של תמיסת מלאי או תרחיף של אשלגן פרסולפט בריכוז המתאים למאגר ולדגימה.

מכסים היטב את הבקבוקון ומנערים את הבקבוקון למשך שנייה אחת. יש להתאים את כמות המינון של אשלגן פרסולפט כך שתתאים לכל מאגר ולתמיסה בנפרד מכיוון שלכל מאגר יש COD שונה. מחממים את הדגימה בחום של 148 עד 150 מעלות צלזיוס למשך שעה בתרמוסטט עיכול.

לאחר מכן הוציאו את הבקבוקון מהתרמוסטט והניחו לו להתקרר לטמפרטורת החדר. שיטת ISO 6878 מציעה שימוש בבקבוק ארלנמאייר לעיכול. עם זאת, זה מאוד אינטנסיבי לעבודה.

יתר על כן, עם מינוני NaOH קבועים, אין צורך בהתאמת pH ידנית כפי שנקבע בשיטת ISO הקונבנציונלית. לאחר מכן, ברצף, הוסף 0.4 מיליליטר של תמיסת נתרן הידרוקסיד 1.5 מולארית, 0.2 מיליליטר של תמיסה של 100 גרם לליטר של חומצה אסקורבית, ו-0.4 מיליליטר של תמיסת מוליבדט דו-מלאי. מכסים היטב ומנערים את הבקבוקון.

המתן בין 15 דקות לארבע שעות להתפתחות צבע בתמיסה. לבסוף, מדוד את ספיגת הדגימה ב-880 ננומטר בעזרת ספקטרופוטומטר. העמסה של עד 0.55 מיליגרם של זרחן NTMP לגרם GFH הושגה עם שעה אחת של מגע במאגר חומצה חומצית.

למרות שהעומס ירד עם עליית ה-pH, נצפתה ספיגה במערכת נתרן הידרוקסיד ב-pH 12. זה מצביע על כך שספיגה מוצלחת דורשת תמיסות נתרן הידרוקסיד מרוכזות יותר. שינויים ב-pH נצפו בריכוזי חיץ שונים לאחר שעה אחת של מגע בין זרחן NTMP ל-GFH בריכוזים של מיליגרם אחד לליטר ו-2.5 גרם לליטר, בהתאמה.

התאמת pH אמינה יחסית להשפעת המגע עם GFH הושגה רק בריכוזי חיץ של 10 מילימול לליטר. המאגרים של 10 מילימול לליטר סיפקו גם את תוצאות הספיגה האמינות ביותר. יתר על כן, ניתן להראות כי ספיגת הפוספונאט אינה מושפעת באופן משמעותי מספיגה מקבילה של המאגר מכיוון שללא תלות בריכוז המאגר התרחשה בעיקר ספיגת פוספונאט דומה.

כאשר נעשה שימוש במאגרים של 10 מילימול לליטר, קומפלקסי הצבע היו יציבים ביותר כאשר המאגרים קיבלו מינון של 0.6 מילימול של נתרן הידרוקסיד. כמויות אשלגן פרסולפט היו צריכות רק לעלות על דרישת החמצן הכימית המבוססת על אשלגן דיכרומט, מכיוון שקבוצות החנקן וחלק מהסולפו לא היו צפויות להתפרק לחלוטין. הרעיון לטכניקה זו עלה לי לראשונה כאשר ניתחתי את תכולת הזרחן הכוללת של יותר מ-1,000 דגימות על פי השיטות המקובלות לעבודת הדוקטורט שלי.

זה היה גוזל זמן רב. הנוהל המוצג כאן מראה כי חקירות לגבי סילוק פוספונטים על ידי ספיגה על חומרים המכילים תחמוצת ברזל קוטבית כגון הידרוקסיד ברזל גרגירי יכולות להתבצע במהירות ובאמינות בהתאם לפרוטוקול הנתון. בהליך זה ניתן לחקור גורמים משפיעים שונים על העמסת הידרוקסיד ברזל גרגירי עם פוספונטים, כגון pH, טמפרטורה, קינטיקה, פוספונט ראשוני וריכוז GFH, או נוכחות של רכיבי שפכים טיפוסיים כגון סידן.

בעת ניסיון הליך זה, זכור להימנע מזיהום על ידי ניקוי כל ציוד כראוי מראש. כאשר מבוצעים כראוי, ניתן לבצע עד כ-50 זיהומי זרחן בסך הכל תוך מספר שעות בלבד.