Zoptymalizowana procedura oznaczania adsorpcji fosfonianów na granulowanym wodorotlenku żelaza przy użyciu metody oznaczania zminiaturyzowanego fosforu

Ogólnym celem tej procedury jest wiarygodne zbadanie zdolności absorpcyjnej selektywnych materiałów zawierających wodorotlenek żelaza, takich jak granulowany wodorotlenek żelaza, w odniesieniu do fosfonianów przy niskim nakładzie pracy przy znacznych oszczędnościach kosztów w porównaniu z konwencjonalnymi metodami. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące tego, jak dobrze fosfoniany mogą być technicznie eliminowane ze ścieków przemysłowych, takich jak koncentraty membranowe, w których fosfoniany są obecne jako antyskalanty. Główną zaletą tego zmodyfikowanego oznaczania fosforu za pomocą 10-mililitrowych fiolek i termostatu jest to, że można uzyskać więcej wyników w krótszym czasie w porównaniu z metodą konwencjonalną.

Procedurę zademonstruje Ellen Raith-Bausch, technik z naszego laboratorium. Aby rozpocząć eksperyment, wybierz jeden lub więcej o odpowiednich właściwościach dla tej techniki, które buforują zakres lub zakresy pH. Dla każdego buforu, który ma być przygotowany, zważyć lub odpipetować potrzebną ilość substancji rozpuszczonej do przygotowania roztworu o stężeniu 0,01 mola na litr do kolby miarowej.

Dodaj wodę dejonizowaną uzdatnioną metodą odwróconej osmozy, aż kolba będzie wypełniona w około 3/4. Dodać potrzebną objętość roztworu podstawowego fosfonianów o stężeniu jednego grama fosforu na litr, aby osiągnąć docelowe stężenie fosforu w roztworze buforowym. Następnie napełnij kolbę do znaku pierścienia wodą.

Mieszaj mieszaninę, aż substancja rozpuszczona całkowicie się rozpuszczy lub przez pięć minut, aby uzyskać płynną substancję rozpuszczoną. Następnie przenieś roztwór buforowy do oznakowanej szklanej butelki. Dostosuj pH roztworu za pomocą kwasu solnego lub wodorotlenku sodu do żądanej wartości pH, mieszając.

Aby rozpocząć test absorpcji, należy zważyć żądaną ilość wybranego umytego i wysuszonego materiału filtracyjnego do 50-mililitrowej probówki wirówkowej. Ustaw rotator tak, aby działał z prędkością 20 obrotów na minutę i uruchom rotator. Przenieść około 250 mililitrów fosfonianu o dostosowanym pH zawierającego roztwór buforowy do szklanej zlewki.

Pracując szybko, napełnij rurkę z materiałem filtracyjnym buforem zawierającym fosfonian do oznaczenia 50 mililitrów. Zamknij rurkę i zaciśnij ją w pracującym rotatorze. Obróć rurkę z prędkością 20 obr./min, aby uzyskać żądany czas absorpcji.

Następnie przefiltruj od 10 do 20 mililitrów supernatantu przez filtr strzykawkowy o średnicy 0,45 mikrona do szklanej butelki w celu analizy. Zmierzyć i zapisać pH filtratu. Powtórzyć ten proces dla każdego buforu zawierającego fosfoniany, który ma być poddany badaniu.

Przed analizą należy oczyścić i osuszyć 10-mililitrową fiolkę z nakrętką oraz nasadkę wyłożoną PTFE dla każdej badanej próbki. Jeśli oczekiwane stężenie fosforu w próbce mieści się w krzywej kalibracyjnej, należy odpipetować cztery mililitry próbki do fiolki. Jeśli oczekuje się, że stężenie próbki przekroczy krzywą kalibracyjną, zamiast tego rozcieńczyć mniejszą objętość próbki wodą, aby uzyskać całkowitą objętość czterech mililitrów.

Następnie odpipetować 0,2 mililitra 0,9 molowego roztworu kwasu siarkowego do fiolki. Jeśli próbka ma stężenie wodorotlenku sodu na poziomie jednego mola, zamiast tego ostrożnie dodaj 0,2 mililitra 13,5 molowego kwasu siarkowego do fiolki. Następnie dodać do fiolki 4,8 mililitra roztworu podstawowego lub zawiesiny nadsiarczanu potasu o stężeniu odpowiednim dla buforu i próbki.

Szczelnie zamknąć fiolkę i potrząsać nią przez jedną sekundę. Ilość dawki nadsiarczanu potasu musi być dopasowana do każdego buforu i roztworu indywidualnie, ponieważ każdy bufor ma inny ChZT. Podgrzewać próbkę w temperaturze od 148 do 150 stopni Celsjusza przez godzinę w termostacie do wytrawiania.

Następnie wyjąć fiolkę z termostatu i pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej. Metoda ISO 6878 sugeruje użycie kolby Erlenmeyera do roztwarzania. Jest to jednak bardzo pracochłonne.

Ponadto, przy stałych dawkach NaOH, nie jest wymagana ręczna regulacja pH, jak określono w konwencjonalnej metodzie ISO. Następnie po kolei dodaj 0,4 mililitra 1,5-molowego roztworu wodorotlenku sodu, 0,2 mililitra 100 grama na litr roztworu kwasu askorbinowego i 0,4 mililitra dwustopniowego roztworu molibdenianu. Szczelnie zakręcić fiolkę i wstrząsnąć nią.

Poczekaj od 15 minut do czterech godzin na rozwinięcie się koloru w roztworze. Na koniec zmierz absorbancję próbki przy 880 nanometrach za pomocą spektrofotometru. Ładunek do 0,55 miligrama fosforu NTMP na gram GFH osiągnięto po godzinie kontaktu w buforze kwasu kwaśnego.

Chociaż obciążenie zmniejszało się wraz ze wzrostem pH, wchłanianie obserwowano w układzie wodorotlenku sodu przy pH 12. Oznacza to, że skuteczna desorpcja wymaga bardziej stężonych roztworów wodorotlenku sodu. Zaobserwowano zmiany pH dla różnych stężeń po godzinie kontaktu fosforu NTMP i GFH w stężeniach odpowiednio jednego miligrama na litr i 2,5 grama na litr.

Stosunkowo wiarygodne dostosowanie pH do efektu kontaktu z GFH osiągnięto tylko przy stężeniach buforowych 10 milimoli na litr. o stężeniu 10 milimoli na litr zapewniły również najbardziej wiarygodne wyniki wchłaniania. Ponadto można wykazać, że absorpcja fosfonianów nie ma istotnego wpływu na absorpcję buforu, ponieważ niezależnie od stężenia w buforze zachodzi przede wszystkim podobna absorpcja fosfonianów.

Gdy użyto o stężeniu 10 milimoli na litr, kompleksy barw były najbardziej stabilne, gdy dozowano 0,6 milimola wodorotlenku sodu. Ilości nadsiarczanu potasu musiały jedynie przekroczyć chemiczne zapotrzebowanie na tlen oparte na dichromianie potasu, ponieważ nie spodziewano się, że azot i niektóre grupy sulfonowe ulegną całkowitemu rozkładowi. Po raz pierwszy wpadłem na pomysł tej techniki, gdy przeanalizowałem całkowitą zawartość fosforu w ponad 1000 próbkach zgodnie z konwencjonalnymi metodami do mojej pracy doktorskiej.

Było to bardzo czasochłonne. Przedstawiona tutaj procedura pokazuje, że badania dotyczące eliminacji fosfonianów przez absorpcję na polarnych materiałach zawierających tlenek żelaza, takich jak granulowany wodorotlenek żelaza, mogą być przeprowadzone szybko i niezawodnie, jeśli są zgodne z podanym protokołem. Dzięki tej procedurze można badać różne czynniki wpływające na obciążenie granulowanego wodorotlenku żelaza fosfonianami, takie jak pH, temperatura, kinetyka, początkowe stężenie fosfonianu i GFH lub obecność typowych składników ścieków, takich jak wapń.

Próbując wykonać tę procedurę, pamiętaj, aby uniknąć zanieczyszczenia poprzez wcześniejsze odpowiednie wyczyszczenie każdego elementu wyposażenia. Przy odpowiednim przeprowadzeniu w ciągu zaledwie kilku godzin można przeprowadzić do około 50 całkowitych zanieczyszczeń fosforem.