Usuwanie arsenu za pomocą kationowego żelu polimerowego impregnowanego wodorotlenkiem żelaza

Głównymi zaletami tej procedury jest to, że żel selektywnie adsorbuje arsen z wód gruntowych przy wyższych stężeniach arsenu niż inne techniki, a żel może być regenerowany. Demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ przygotowanie żelu i eksperymenty z wchłanianiem muszą być zwizualizowane, aby powtórzyć eksperymenty. Arsen znajduje się w wodach gruntowych ponad 20 krajów.

Implikacje tej techniki można rozszerzyć na wyzwanie polegające na usunięciu arsenu z zanieczyszczonej wody. Metoda ta może być również stosowana do oczyszczania ścieków przemysłowych zanieczyszczonych arsenem. Próbując tej techniki po raz pierwszy, przez cały czas ściśle przestrzegaj środków ostrożności.

Tworzenie bloku żelu może być trudne, jeśli roztwory nie są odpowiednio i proporcjonalnie wymieszane. Wysuszyć dwie 20-mililitrowe kolby miarowe i dwie 20-mililitrowe zlewki wyposażone w magnetyczne pręty mieszające. Przenieś 4,13 grama DMAPAAQ, 0,31 grama N, N'prime metylenobisakryloamidu, 0,5 grama siarczynu sodu i 3,36 grama wodorotlenku sodu do jednej 20-mililitrowej zlewki.

Roztwór rozpuścić całkowicie w wodzie destylowanej jako rozpuszczalnik, mieszając go przez 30 minut za pomocą mieszadła magnetycznego. Przenieść mieszaninę ze zlewki do jednej kolby miarowej o pojemności 20 ml i dodać wodę destylowaną w celu uzyskania roztworu o pojemności 20 mililitrów. Oznaczyć roztwór jako roztwór monomeru.

Podobnie weź 0,54 grama peroksodisiarczanu amonu i 7,57 grama chlorku żelaza w innej 20-mililitrowej zlewce. Całkowicie rozpuść roztwór w wodzie destylowanej, mieszając go przez 30 minut za pomocą mieszadła magnetycznego. Przenieść mieszaninę ze zlewki do innej kolby miarowej o pojemności 20 mililitrów.

I dodaj wodę destylowaną, aby skomponować 20 mililitrowy roztwór. Oznacz rozwiązanie jako rozwiązanie inicjujące. Po przygotowaniu zestawu eksperymentalnego zgodnie ze schematem w protokole tekstowym, przenieś roztwory do odpowiednich 20-mililitrowych lejków rozdzielających.

Oczyszczaj roztwory azotem gazowym przez 30 minut. Wymieszaj roztwory razem i wymieszaj je w 50-mililitrowej probówce za pomocą mieszadła elektrycznego. Następnie umieść mieszaninę w chłodziarce utrzymywanej w temperaturze 10 stopni Celsjusza na cztery godziny.

Wyjmij blok żelu z probówki i umieść go na płaskiej desce do krojenia. Ubierz blok żelu w sześcienny kształt o długości pięciu milimetrów. Namocz plastry żelu w dejonizowanej wodzie przez 24 godziny, aby usunąć zanieczyszczenia.

Następnego dnia rozprowadź plastry żelu na szalce Petriego i susz je w temperaturze pokojowej przez 24 godziny. Umieść szalkę Petriego z plastrami żelu w piekarniku w temperaturze 50 stopni Celsjusza na 24 godziny. Wysuszyć pięć 40-mililitrowych plastikowych pojemników.

Następnie odmierz i umieść 20 miligramów suszonego żelu w każdym 40-mililitrowym plastikowym pojemniku. Do każdego pojemnika dodać 40 mililitrów siedmiowodnego roztworu wodoroarsenianu disodowego o różnym stężeniu. Przechowywać pojemniki w mieszadle w temperaturze 20 stopni Celsjusza i 120 obr./min przez 24 godziny.

Pobrać pięciomililitrową próbkę z każdego pojemnika i umieścić w plastikowej probówce za pomocą mikropipety. Zmierzyć równowagowe poziomy arsenu w roztworach za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej lub HPLC. Użyj kolumny analitycznej o wymiarach cztery na 200 milimetrów, kolumny ochronnej o wymiarach 4 na 50 milimetrów i tłumika o wymiarach czterech milimetrów.

Do analizy adsorpcji dodaj 20 miligramów suszonego żelu do wysuszonego 40-mililitrowego plastikowego pojemnika. Następnie dodaj 40 mililitrów 0,2 milimolowego roztworu siedmiowodnego wodoroarsenianu disodowego do pojemnika. Przechowywać pojemnik w mieszadle w temperaturze 20 stopni Celsjusza i 120 obr./min przez 24 godziny.

Następnie zbierz pięciomililitrową próbkę do plastikowej probówki za pomocą mikropipety. Ocenić równowagowy poziom arsenu w roztworze za pomocą HPLC, jak poprzednio. Aby wyczyścić żel, najpierw zaopatrz się w sito siatkowe.

Ostrożnie zbierz delikatne kawałki żelu, pojedynczo, aby nie pękły, i umieść je na sicie siatkowym. Umyj żel co najmniej pięć razy wodą dejonizowaną, tak aby pozostały arsen na powierzchni żelu został zmyty. W celu analizy desorpcji ostrożnie przenieś delikatne kawałki żelu do wysuszonego plastikowego pojemnika o pojemności 40 mililitrów.

Dodać 40 mililitrów 0,5-molowego roztworu chlorku sodu do pojemnika. Przechowywać pojemnik w mieszadle w temperaturze 20 stopni Celsjusza i 120 obr./min przez 24 godziny. Zebrać pięciomililitrową próbkę do plastikowej probówki za pomocą mikropipety i ocenić równowagowy poziom arsenu w roztworze za pomocą HPLC, jak poprzednio.

Powtórz proces przez osiem pełnych cykli, z których każdy obejmuje dwie rundy etapów analizy absorpcji i desorpcji, oddzielone etapami czyszczenia żelem. Ilość absorpcji arsenu przez kationowy żel polimerowy zawierający wodorotlenek żelaza wykreślono przy różnych stężeniach arsenu. Wyniki pokazują, że maksymalna zdolność adsorpcji arsenu żelu wynosiła 1,36 milimoli na gram.

Dane są zgodne z modelem izotermy Langmuira. Selektywną adsorpcję arsenu badano ze współistniejącymi anionami siarczanowymi. Wyniki pokazują, że nawet jeśli anion siarczanowy był obecny w roztworze żelu, DMAPAAQ plus tlenek żelaza adsorbował arsen selektywnie ze względu na składniki tlenku żelaza w strukturze żelu.

Możliwość ponownego użycia żelu badano przez osiem kolejnych dni przy użyciu roztworów arsenu do adsorpcji i chlorku sodu do procesów desorpcji. Wydajność regeneracji na poziomie 87,6% obliczono na podstawie danych z adsorpcji w pierwszym i siódmym dniu. Arsen jest niezwykle niebezpieczny.

Proszę używać rękawiczek, odzieży z długimi rękawami i okularów eksperymentalnych przez cały czas trwania eksperymentu, aby zapobiec jakiemukolwiek kontaktowi roztworu arsenu ze skórą i oczami.