Procedura ottimizzata per determinare l'adsorbimento di fosfonati su idrossido ferrico granulare utilizzando un metodo di determinazione del fosforo miniaturizzato

L'obiettivo generale di questa procedura è lo studio affidabile della capacità di assorbimento dei materiali contenenti idrossido di ferro selettivo come l'idrossido ferrico granulare per quanto riguarda i fosfonati con un basso carico di lavoro in un significativo risparmio di costi rispetto ai metodi convenzionali. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave su come i fosfonati possono essere tecnicamente eliminati dalle acque reflue industriali come i concentrati di membrana, in cui i fosfonati sono presenti come antincrostanti . Il vantaggio principale di questa determinazione del fosforo modificato utilizzando fiale da 10 millilitri e un termostato è che è possibile produrre più risultati in un tempo più breve rispetto al metodo convenzionale.

A dimostrare la procedura sarà Ellen Raith-Bausch, un tecnico del nostro laboratorio. Per iniziare l'esperimento, selezionare uno o più tamponi con proprietà adatte a questa tecnica che tamponano l'intervallo o gli intervalli di pH di interesse. Per ogni tampone da preparare, pesare o pipettare la quantità necessaria di soluto per preparare una soluzione di 0,01 moli per litro in un matraccio tarato.

Aggiungere acqua deionizzata trattata con osmosi inversa fino a riempire il pallone per circa 3/4. Aggiungere il volume necessario di una soluzione madre di fosfonato con la concentrazione di un grammo di fosforo per litro per raggiungere la concentrazione target di fosforo nella soluzione tampone. Quindi riempire d'acqua il pallone fino al segno dell'anello.

Mescolare la miscela fino a quando il soluto non si è completamente sciolto, o per cinque minuti per un soluto liquido. Quindi trasferire la soluzione tampone in un flacone di vetro etichettato. Regolare il pH della soluzione con acido cloridrico o idrossido di sodio al valore di pH desiderato mentre si mescola.

Per iniziare il test di assorbimento, pesare la quantità desiderata del materiale filtrante lavato e asciugato scelto in una provetta da centrifuga da 50 millilitri. Imposta un rotatore in modo che funzioni a 20 giri al minuto e avvia il rotatore. Trasferire circa 250 millilitri della soluzione tampone contenente fosfonato a pH regolato in un becher di vetro.

Lavorando rapidamente, riempire il tubo di materiale filtrante con il tampone contenente fosfonato fino alla tacca di 50 millilitri. Chiudere il tubo e fissarlo nel rotatore in funzione. Ruotare il tubo a 20 giri/min per il tempo di assorbimento desiderato.

Quindi, filtrare da 10 a 20 millilitri di surnatante attraverso un filtro per siringa da 0,45 micron in un flacone di vetro per l'analisi. Misurare e registrare il pH del filtrato. Ripetere questo processo per ogni tampone contenente fosfonato da testare.

Prima dell'analisi, pulire e asciugare una fiala con tappo a vite da 10 millilitri e il tappo rivestito in PTFE per ogni campione da testare. Se la concentrazione di fosforo prevista per un campione rientra nella curva di calibrazione, pipettare quattro millilitri di campione nella fiala. Se si prevede che la concentrazione del campione superi la curva di calibrazione, diluire invece un volume più piccolo del campione con acqua per ottenere un volume totale di quattro millilitri.

Quindi, pipettare 0,2 millilitri di soluzione di acido solforico 0,9 molare nella fiala. Se il campione ha una concentrazione di idrossido di sodio di un molare, aggiungere invece con attenzione 0,2 millilitri di acido solforico 13,5 molare alla fiala. Quindi, aggiungere alla fiala 4,8 millilitri di una soluzione madre o di una sospensione di persolfato di potassio della concentrazione appropriata per il tampone e il campione.

Chiudere bene la fiala e agitare la fiala per un secondo. La quantità di dosaggio del persolfato di potassio deve essere abbinata a ciascun tampone e alla soluzione individualmente poiché ogni tampone ha COD diverso. Riscaldare il campione a una temperatura compresa tra 148 e 150 gradi Celsius per un'ora in un termostato di digestione.

Quindi rimuovere la fiala dal termostato e lasciarla raffreddare a temperatura ambiente. Il metodo ISO 6878 suggerisce l'uso del pallone di Erlenmeyer per la digestione. Tuttavia, questo è molto laborioso.

Inoltre, con dosaggi fissi di NaOH, non è necessaria alcuna regolazione manuale del pH come previsto dal metodo ISO convenzionale. Quindi, in sequenza, aggiungere 0,4 millilitri di una soluzione di idrossido di sodio 1,5 molari, 0,2 millilitri di una soluzione da 100 grammi per litro di acido ascorbico e 0,4 millilitri di soluzione madre di molibdato due. Chiudere ermeticamente e agitare il flaconcino.

Attendere da 15 minuti a quattro ore per lo sviluppo del colore nella soluzione. Infine, misurare l'assorbanza del campione a 880 nanometri con uno spettrofotometro. Con un'ora di contatto in tampone acido è stato raggiunto un carico fino a 0,55 milligrammi di fosforo NTMP per grammo di GFH.

Sebbene il carico diminuisse con l'aumentare del pH, l'assorbimento è stato osservato in un sistema di idrossido di sodio a pH 12. Ciò indica che il successo del desorbimento richiede soluzioni di idrossido di sodio più concentrate. Variazioni del pH sono state osservate per varie concentrazioni di tampone dopo un'ora di contatto tra fosforo NTMP e GFH in concentrazioni di un milligrammo per litro e 2,5 grammi per litro, rispettivamente.

Una regolazione del pH relativamente affidabile per l'effetto del contatto con il GFH è stata ottenuta solo a concentrazioni di tampone di 10 millimoli per litro. I tamponi da 10 millimoli per litro hanno anche fornito i risultati di assorbimento più affidabili. Inoltre, è stato dimostrato che l'assorbimento dei fosfonati non è influenzato in modo significativo dall'assorbimento parallelo del tampone, poiché indipendentemente dalla concentrazione del tampone si è verificato un assorbimento dei fosfonati prevalentemente simile.

Quando sono stati utilizzati tamponi da 10 millimoli per litro, i complessi di colore erano più stabili quando i tamponi sono stati dosati con 0,6 millimoli di idrossido di sodio. Le quantità di persolfato di potassio dovevano solo superare la domanda chimica di ossigeno basata sul bicromato di potassio, poiché non ci si aspettava che l'azoto e alcuni gruppi solfosum si decomponessero completamente. Ho avuto l'idea di questa tecnica per la prima volta quando ho analizzato il contenuto totale di fosforo di oltre 1.000 campioni secondo i metodi convenzionali per la mia tesi di dottorato.

Questo richiedeva molto tempo. La procedura qui presentata mostra che le indagini relative all'eliminazione dei fosfonati per assorbimento su materiali contenenti ossido di ferro polare, come l'idrossido ferrico granulare, possono essere effettuate in modo rapido e affidabile in conformità con il protocollo dato. Con questa procedura, è possibile studiare vari fattori che influenzano il carico di idrossido ferrico granulare con fosfonati, come il pH, la temperatura, la cinetica, la concentrazione iniziale di fosfonato e GFH o la presenza di componenti tipici delle acque reflue come il calcio.

Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di evitare la contaminazione pulendo adeguatamente ogni apparecchiatura in anticipo. Se eseguita in modo appropriato, è possibile effettuare fino a circa 50 contaminazioni totali da fosforo in poche ore.