Procedimento otimizado para determinar a adsorção de fosfonatos para Granular hidróxido férrico, usando um método de determinação de fósforo miniaturizado

O objetivo geral deste procedimento é a investigação confiável da capacidade de absorção do hidróxido de ferro seletivo contendo materiais como hidróxido férrico granular em relação aos fosfonatos com a baixa carga de trabalho em economia significativa de custos em comparação com os métodos convencionais. Este método pode ajudar a responder a questões-chave sobre como os fosfonatos podem ser tecnicamente eliminados de águas residuais industriais, como concentrados de membrana, nos quais os fosfonatos estão presentes como anti-incrustantes. A principal vantagem dessa determinação de fósforo modificada usando frascos de 10 mililitros e um termostato é que mais resultados podem ser produzidos em menos tempo em comparação com o método convencional.

Demonstrando o procedimento estará Ellen Raith-Bausch, técnica do nosso laboratório. Para iniciar o experimento, selecione um ou mais tampões com propriedades adequadas para esta técnica que tamponem a faixa de pH ou faixas de interesse. Para cada tampão a ser preparado, pesar ou pipetar a quantidade necessária de soluto para preparar uma solução de 0,01 mol por litro em um balão volumétrico.

Adicione água desionizada tratada com osmose reversa até que o frasco esteja cerca de 3/4 cheio. Adicione o volume necessário de uma solução-mãe de fosfonato com a concentração de um grama de fósforo por litro para atingir a concentração alvo de fósforo na solução tampão. Em seguida, encha o balão até à marca do anel com água.

Agite a mistura até que o soluto esteja completamente dissolvido, ou por cinco minutos para um soluto líquido. Em seguida, transfira a solução tampão para um frasco de vidro rotulado. Ajuste o pH da solução com ácido clorídrico ou hidróxido de sódio para o valor de pH desejado enquanto agita.

Para iniciar o teste de absorção, pesar a quantidade desejada do material filtrante lavado e seco escolhido em um tubo de centrífuga de 50 mililitros. Defina um rotador para funcionar a 20 rotações por minuto e inicie o rotador. Transferir cerca de 250 mililitros da solução tampão contendo fosfonato com pH ajustado para um copo de vidro.

Trabalhando rapidamente, encha o tubo de material filtrante com o tampão contendo fosfonato até a marca de 50 mililitros. Feche o tubo e prenda-o no rotador em funcionamento. Gire o tubo a 20 rpm para o tempo de absorção desejado.

Em seguida, filtre 10 a 20 mililitros do sobrenadante através do filtro de seringa de 0,45 mícron em um frasco de vidro para análise. Medir e registar o pH do filtrado. Repita este processo para cada tampão contendo fosfonato a ser testado.

Antes da análise, limpe e seque um frasco com tampa rosqueada de 10 mililitros e a tampa revestida com PTFE para cada amostra a ser testada. Se a concentração de fósforo esperada para uma amostra estiver dentro da curva de calibração, pipetar quatro mililitros da amostra para o frasco. Se se prevê que a concentração da amostra exceda a curva de calibração, diluir um volume menor da amostra com água para atingir um volume total de quatro mililitros.

Em seguida, pipete 0,2 mililitros de solução de ácido sulfúrico 0,9 molar no frasco. Se a amostra tiver uma concentração de hidróxido de sódio de um molar, adicione cuidadosamente 0,2 mililitros de ácido sulfúrico 13,5 molar ao frasco. Em seguida, adicione ao frasco 4,8 mililitros de uma solução de estoque ou uma suspensão de persulfato de potássio na concentração apropriada para o tampão e a amostra.

Tampe bem o frasco e agite o frasco por um segundo. A quantidade de dosagem de persulfato de potássio precisa ser combinada com cada tampão e a solução individualmente, pois cada tampão tem DQO diferente. Aqueça a amostra a 148 a 150 graus Celsius por uma hora em um termostato de digestão.

Em seguida, retire o frasco do termostato e deixe esfriar até a temperatura ambiente. O método ISO 6878 sugere o uso de frasco Erlenmeyer para digestão. No entanto, isso é muito trabalhoso.

Além disso, com dosagens fixas de NaOH, não é necessário ajuste manual de pH, conforme estipulado no método ISO convencional. Em seguida, em sequência, adicione 0,4 mililitros de uma solução de hidróxido de sódio 1,5 molar, 0,2 mililitros de uma solução de 100 gramas por litro de ácido ascórbico e 0,4 mililitros de solução de molibdato dois. Tampe bem e agite o frasco para injetáveis.

Aguarde entre 15 minutos a quatro horas para o desenvolvimento da cor na solução. Finalmente, meça a absorbância da amostra em 880 nanômetros com um espectrofotômetro. Uma carga de até 0,55 miligramas de fósforo NTMP por grama de GFH foi alcançada com uma hora de contato em tampão ácido ácido.

Embora a carga tenha diminuído com o aumento do pH, a absorção foi observada em um sistema de hidróxido de sódio em pH 12. Isso indica que a dessorção bem-sucedida requer soluções de hidróxido de sódio mais concentradas. Mudanças no pH foram observadas para várias concentrações de tampão após uma hora de contato entre o fósforo NTMP e o GFH nas concentrações de um miligrama por litro e 2,5 gramas por litro, respectivamente.

O ajuste de pH relativamente confiável para o efeito do contato com GFH só foi alcançado em concentrações tampão de 10 milimoles por litro. Os tampões de 10 milimoles por litro também forneceram os resultados de absorção mais confiáveis. Além disso, pôde-se demonstrar que a absorção de fosfonatos não é influenciada significativamente pela absorção paralela do tampão, uma vez que, independentemente da concentração do tampão, ocorreu uma absorção de fosfonatos predominantemente semelhante.

Quando tampões de 10 milimoles por litro foram usados, os complexos de cores foram mais estáveis quando os tampões foram dosados com 0,6 milimol de hidróxido de sódio. As quantidades de persulfato de potássio só precisavam exceder a demanda química de oxigênio à base de dicromato de potássio, pois não se esperava que o nitrogênio e alguns grupos sulfo se decompusessem completamente. Tive a ideia dessa técnica pela primeira vez quando analisei o teor total de fósforo de mais de 1.000 amostras de acordo com os métodos convencionais para minha tese de doutorado.

Isso consumia muito tempo. O procedimento aqui apresentado mostra que as investigações relativas à eliminação de fosfonatos por absorção em materiais contendo óxido de ferro polar, como hidróxido férrico granular, podem ser realizadas de forma rápida e confiável quando de acordo com o protocolo fornecido. Com este procedimento, vários fatores de influência no carregamento de hidróxido férrico granular com fosfonatos podem ser investigados, como pH, temperatura, cinética, fosfonato inicial e concentração de GFH, ou a presença de componentes típicos de águas residuais, como cálcio.

Ao tentar este procedimento, lembre-se de evitar a contaminação limpando cada equipamento adequadamente com antecedência. Quando realizado adequadamente, até cerca de 50 contaminações totais por fósforo podem ser realizadas em apenas algumas horas.