การศึกษาเสถียรภาพและประสิทธิภาพการใช้งานของอนุภาคดูดซับที่เป็นสารแม่เหล็กสำหรับวิเคราะห์ฟอสเฟตปริมาณน้อยในน้ำ
Article Sidebar
เผยแพร่แล้ว:
เม.ย. 4, 2018
คำสำคัญ:
อนุภาคแม่เหล็ก แมกนีไทต์ ความเสถียรและประสิทธิภาพ การสกัดฟอสเฟต
Main Article Content
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาเสถียรภาพและประสิทธิภาพในการใช้อนุภาคแม่เหล็กชนิดแมกนีไทต์ (Fe3O4) เป็นอนุภาคดูดซับในเทคนิคการสกัดด้วยตัวดูดซับของแข็ง ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นด้วยวิธีการตกตะกอนร่วมทางเคมีเพื่อใช้สกัดฟอสเฟตจากตัวอย่างน้ำ จากการพิสูจน์เอกลักษณ์ด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี พบแถบดูดกลืนที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของ Fe3O4 ของการสั่นระหว่างพันธะ Fe-O ที่เลขคลื่นในช่วง 570-580 เซนติเมตร-1 การวิเคราะห์ขนาดและการกระจายตัวของอนุภาคที่เตรียมขึ้นจากการสังเคราะห์ 5 ชุดการทดลอง ด้วยเทคนิคการกระเจิงแสง ให้ค่าเฉลี่ยและค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานอยู่ในช่วง 30.3±23.3 ถึง 87.4±61.6 ไมโครเมตร เมื่อนำอนุภาค Fe3O4 ที่สังเคราะห์ได้มาทดสอบการใช้งานภายใต้สภาวะทางเคมีที่พัฒนาขึ้นสำหรับการสกัดฟอสเฟต โดยใช้สารละลายมาตรฐานฟอสเฟต 1.2 ไมโครกรัมฟอสฟอรัสต่ออนุภาค 2 มิลลิกรัม และศึกษาผ่านกระบวนการดูดซับซึ่งเกิดขึ้นในสารละลายสภาวะกรด pH 3.0 เป็นเวลา 15 นาที แล้วผ่านกระบวนการคายซับด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 1.5 โมลต่อลิตร ปริมาตร 1.00 มิลลิลิตร เป็นเวลา 1 นาที พบว่าอนุภาค Fe3O4 มีประสิทธิภาพการดูดซับ 4.9±0.6 มิลลิกรัมฟอสฟอรัสต่อกรัม การกระจายตัวของขนาดอนุภาคที่สังเคราะห์ขึ้นระหว่างชุดการทดลองนั้นให้ประสิทธิภาพร้อยละของการสกัดไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ณ ระดับความเชื่อมั่น 95 % ด้วยการวิเคราะห์ทางสถิติแบบ ANOVA test (Fstat 2.04 < Fcrit 3.48) และมีความเที่ยงในการสกัดสูง (RSD = 4.2 %, n = 15) อนุภาคที่ผ่านการใช้งานแล้วสามารถใช้สารละลายอะซิเตตบัฟเฟอร์ pH 3.0 ล้างเพื่อคืนสภาพการใช้งานและนำกลับมาใช้ซ้ำได้อย่างน้อยถึง 100 ครั้ง นอกจากนี้ยังสามารถเก็บอนุภาค Fe3O4 ไว้ใช้งานได้อย่างน้อย 4 เดือน ในที่แห้ง ณ อุณหภูมิห้อง
คำสำคัญ : อนุภาคแม่เหล็ก; แมกนีไทต์; ความเสถียรและประสิทธิภาพ; การสกัดฟอสเฟต
Article Details
บท
Physical Sciences
References
[1] Chen, L., Wang, T. and Tong, J., 2011, Application of derivatized magnetic materials to the separation and the preconcentration of pollutants in water samples, TrAC, Trends Anal. Chem. 30: 1095-1108.
[2] Petcharoen, K. and Sirivat, A., 2012, Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles via the chemical co-precipitation method, Mater. Sci. Eng. B 177: 421-427.
[3] Lu, A.H., Salabas, E.L. and Schuth, F., 2007, Magnetic nanoparticles: Synthesis, protec-tion, functionalization, and application, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46: 1222-1244.
[4] Wang, J., Yao, M., Xu, G., Cui, P. and Zhao, J., 2009, Synthesis of monodisperse nanocrystals of high crystallinity magnetite through solvothermal process, Mater. Chem. and Phys. 113: 6-9.
[5] Tu, Y.J., You, C.F., Chang, C.K. and Chen, M.H., 2015, Application of magnetic nano-particles for phosphorus removal/ recovery in aqueous solution, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 46: 148-154.
[6] de Vicente, I., Merino-Martos, A., Cruz-Pizarro, L. and de Vicente, J., 2010, On the use of magnetic nano and microparticles for lake restoration, J. Hazard. Mater. 181: 375-381.
[7] Rajput, S., Pittman Jr., C.U. and Mohan, D., 2016, Magnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticle synthesis and applications for lead (Pb(2+)) and chromium (Cr(6+)) removal from water, J. Colloid Interface Sci. 468: 334-346.
[8] Iwahori, K., Watanabe, J.I., Tani, Y., Seyama, H. and Miyata, N., 2014, Removal of heavy metal cations by biogenic magnetite nanoparticles produced in Fe(III)-reducing microbial enrichment cultures, J. Biosci. Bioeng. 117: 333-335.
[9] Padmavathy, K.S., Madhu, G. and Haseena, P.V., 2016, A study on effects of pH, adsorbent dosage, time, initial concentration and adsorption isotherm study for the removal of hexavalent chromium (Cr (VI)) from wastewater by magnetite nanoparticles, Procedia Technology 24: 585-594.
[10] Giannoulis, K.M., Tsogas, G.Z., Giokas, D.L. and Vlessidis, A.G., 2012, Dispersive micro-solid phase extraction of ortho-phosphate ions onto magnetite nanoparticles and determination as its molybdenum blue complex, Talanta 99: 62-68.
[11] Faraji, M., Shariati, S., Yamini, Y. and Adeli, M., 2016, Preconcentration of trace amounts of lead in water samples with cetyltrimethylammonium bromide coated magnetite nanoparticles and its determi-nation by flame atomic absorption spec-trometry, Arab. J. Chem. 9: 1540-1546.
[12] กมลทิพย์ เสรีนนท์ชัย, สุมนมาลย์ จันทร์เอี่ยม, ปิยวรรณ พันสี และดวงใจ นาคปรีชา, 2557, การพัฒนาระบบโฟลอินเจคชั่นที่มีความเร็วในการวิเคราะห์สูงสำหรับตรวจวัดความเค็มและฟอสเฟตในน้ำจืดและน้ำกร่อย, ว.วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 22: 158-171.
[13] Gimbert, L.J., Haygarth, P.M. and Worsfold, P.J., 2007, Determination of nanomolar concentrations of phosphate in natural waters using flow injection with a long path length liquid waveguide capillary cell and solid-state spectrophotometric detection, Talanta 71: 1624-1628.
[14] Ma, J., Yuan, D., Zhang, M. and Liang, Y., 2009, Reverse flow injection analysis of nanomolar soluble reactive phosphorus in seawater with a long path length liquid waveguide capillary cell and spectropho-tometric detection, Talanta 78: 315-320.
[15] Frank, C., Schroeder, F., Ebinghaus, R. and Ruck, W, 2006, Using sequential injection analysis for fast determination of phosphate in coastal waters, Talanta 70: 513-517.
[16] Kröckel, L., Lehmann, H., Wieduwilt, T. and Schmidt, M.A., 2014, Fluorescence detection for phosphate monitoring using reverse injection analysis, Talanta 125: 107-113.
[17] Yaqoob, M., Nabi, A. and Worsfold, P.J., 2004, Determination of nanomolar concentrations of phosphate in freshwaters using flow injection with luminol chemiluminescence detection, Anal. Chim. Acta 510: 213-218.
[18] Katsaounos, C.Z., Giokas, D.L., Vlessidis, A.G., Paleologos, E.K. and Karayannis, M.I., 2003, The use of surfactant-based separa-tion techniques for monitoring of ortho-phosphate in natural waters and waste-water, Sci. Total Environ. 305: 157-167.
[19] Afkhami, A. and Norooz-Asl, R., 2009, Cloud point extraction for the spectrophotometric determination of phosphorus(V) in water samples, J. Hazard. Mater. 167: 752-755.
[20] Pena-Pereira, F., Cabaleiro, N., de la Calle, I., Costas, M., Gil, S., Lavilla, I. and Bendicho, C., 2011, Directly suspended droplet microextraction in combination with microvolume UV-Vis spectrophoto-metry for determination of phosphate, Talanta 85: 1100-1104.
[21] Zaruba, S., Vishnikin, A.B. and Andruch, V., 2015, Application of solidification of floating organic drop microextraction for inorganic anions: Determination of phosphate in water samples, Microchem. J. 122: 10-15.
[22] Zhang, Y., Pan, S., Shen, H. and Hu, M., 2012, Amino-functionalized nano size composite materials for dispersive solid-phase extraction of phosphate in water samples, Anal. Sci. 28: 887-892.
[23] Ma, J., Yuan, D. and Liang, Y., 2008, Sequential injection analysis of nanomolar soluble reactive phosphorus in seawater with HLB solid phase extraction, Mar. Chem. 111: 151-159.
[24] Liang, Y., Yuan, D., Li, Q, and Lin, Q., 2007, Flow injection analysis of nanomolar level orthophosphate in seawater with solid phase enrichment and colorimetric detection, Mar. Chem. 103: 122-130.
[25] Asaoka, S., Kiso, Y., Oomori, T., Okamura, H., Yamada, T. and Nagai, M., 2014, An online solid phase extraction method for the determination of ultratrace level phosphate in water with a high performance liquid chromatograph, Chem. Geol. 380: 41-47.
[26] Rashid, M., Price, N.T., Pinilla, M.A.G. and O'Shea, K.E., 2017, Effective removal of phosphate from aqueous solution using humic acid coated magnetite nanoparticles, Water Res. 123: 353-360.
[27] Yu, Z., Zhang, C., Zheng, Z., Hu, L., Li, X., Yang, Z., Ma. C. and Zeng, G., 2017, Enhancing phosphate adsorption capacity of SDS-based magnetite by surface modification of citric acid, Appl. Surf. Sci. 403: 413-425.
[28] Wang, Z., Fang. W., Xing, M. and Wu, D., 2017, A bench-scale study on the removal and recovery of phosphate by hydrous zirconia-coated magnetite nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 424: 213-220.
[29] Jang, J.H. and Lim, H.B., 2010, Charac-terization and analytical application of surface modified magnetic nanoparticles, Microchem. J. 94: 148-158.
[30] American Public Health Association, American Water Works Association, and Water Environment Federation, 1998, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Ed., American Public Health Association, Washington, DC, pp.4-146-4-147.
[31] Mahdavi, M., Ahmad, M.B., Haron, M.J., Namvar, F., Nadi, B., Rahman, M.Z.A. and Amin, J., 2013, Synthesis, surface modification and characterisation of biocompatible magnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Molecules 18: 7533-7548.
[32] Giakisikli, G. and Anthemidis, A.N., 2013, Magnetic materials as sorbents for metal/metalloid preconcentration and/or separation. A review, Anal. Chim. Acta 789: 1-16.
[33] Li, Y.-S., Church, J.S. and Woodhead, A.L., 2012, Infrared and Raman spectroscopic studies on iron oxide magnetic nano-particles and their surface modifications, J. Magn. Magn. Mater. 324: 1543-1550.
[2] Petcharoen, K. and Sirivat, A., 2012, Synthesis and characterization of magnetite nanoparticles via the chemical co-precipitation method, Mater. Sci. Eng. B 177: 421-427.
[3] Lu, A.H., Salabas, E.L. and Schuth, F., 2007, Magnetic nanoparticles: Synthesis, protec-tion, functionalization, and application, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46: 1222-1244.
[4] Wang, J., Yao, M., Xu, G., Cui, P. and Zhao, J., 2009, Synthesis of monodisperse nanocrystals of high crystallinity magnetite through solvothermal process, Mater. Chem. and Phys. 113: 6-9.
[5] Tu, Y.J., You, C.F., Chang, C.K. and Chen, M.H., 2015, Application of magnetic nano-particles for phosphorus removal/ recovery in aqueous solution, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 46: 148-154.
[6] de Vicente, I., Merino-Martos, A., Cruz-Pizarro, L. and de Vicente, J., 2010, On the use of magnetic nano and microparticles for lake restoration, J. Hazard. Mater. 181: 375-381.
[7] Rajput, S., Pittman Jr., C.U. and Mohan, D., 2016, Magnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticle synthesis and applications for lead (Pb(2+)) and chromium (Cr(6+)) removal from water, J. Colloid Interface Sci. 468: 334-346.
[8] Iwahori, K., Watanabe, J.I., Tani, Y., Seyama, H. and Miyata, N., 2014, Removal of heavy metal cations by biogenic magnetite nanoparticles produced in Fe(III)-reducing microbial enrichment cultures, J. Biosci. Bioeng. 117: 333-335.
[9] Padmavathy, K.S., Madhu, G. and Haseena, P.V., 2016, A study on effects of pH, adsorbent dosage, time, initial concentration and adsorption isotherm study for the removal of hexavalent chromium (Cr (VI)) from wastewater by magnetite nanoparticles, Procedia Technology 24: 585-594.
[10] Giannoulis, K.M., Tsogas, G.Z., Giokas, D.L. and Vlessidis, A.G., 2012, Dispersive micro-solid phase extraction of ortho-phosphate ions onto magnetite nanoparticles and determination as its molybdenum blue complex, Talanta 99: 62-68.
[11] Faraji, M., Shariati, S., Yamini, Y. and Adeli, M., 2016, Preconcentration of trace amounts of lead in water samples with cetyltrimethylammonium bromide coated magnetite nanoparticles and its determi-nation by flame atomic absorption spec-trometry, Arab. J. Chem. 9: 1540-1546.
[12] กมลทิพย์ เสรีนนท์ชัย, สุมนมาลย์ จันทร์เอี่ยม, ปิยวรรณ พันสี และดวงใจ นาคปรีชา, 2557, การพัฒนาระบบโฟลอินเจคชั่นที่มีความเร็วในการวิเคราะห์สูงสำหรับตรวจวัดความเค็มและฟอสเฟตในน้ำจืดและน้ำกร่อย, ว.วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 22: 158-171.
[13] Gimbert, L.J., Haygarth, P.M. and Worsfold, P.J., 2007, Determination of nanomolar concentrations of phosphate in natural waters using flow injection with a long path length liquid waveguide capillary cell and solid-state spectrophotometric detection, Talanta 71: 1624-1628.
[14] Ma, J., Yuan, D., Zhang, M. and Liang, Y., 2009, Reverse flow injection analysis of nanomolar soluble reactive phosphorus in seawater with a long path length liquid waveguide capillary cell and spectropho-tometric detection, Talanta 78: 315-320.
[15] Frank, C., Schroeder, F., Ebinghaus, R. and Ruck, W, 2006, Using sequential injection analysis for fast determination of phosphate in coastal waters, Talanta 70: 513-517.
[16] Kröckel, L., Lehmann, H., Wieduwilt, T. and Schmidt, M.A., 2014, Fluorescence detection for phosphate monitoring using reverse injection analysis, Talanta 125: 107-113.
[17] Yaqoob, M., Nabi, A. and Worsfold, P.J., 2004, Determination of nanomolar concentrations of phosphate in freshwaters using flow injection with luminol chemiluminescence detection, Anal. Chim. Acta 510: 213-218.
[18] Katsaounos, C.Z., Giokas, D.L., Vlessidis, A.G., Paleologos, E.K. and Karayannis, M.I., 2003, The use of surfactant-based separa-tion techniques for monitoring of ortho-phosphate in natural waters and waste-water, Sci. Total Environ. 305: 157-167.
[19] Afkhami, A. and Norooz-Asl, R., 2009, Cloud point extraction for the spectrophotometric determination of phosphorus(V) in water samples, J. Hazard. Mater. 167: 752-755.
[20] Pena-Pereira, F., Cabaleiro, N., de la Calle, I., Costas, M., Gil, S., Lavilla, I. and Bendicho, C., 2011, Directly suspended droplet microextraction in combination with microvolume UV-Vis spectrophoto-metry for determination of phosphate, Talanta 85: 1100-1104.
[21] Zaruba, S., Vishnikin, A.B. and Andruch, V., 2015, Application of solidification of floating organic drop microextraction for inorganic anions: Determination of phosphate in water samples, Microchem. J. 122: 10-15.
[22] Zhang, Y., Pan, S., Shen, H. and Hu, M., 2012, Amino-functionalized nano size composite materials for dispersive solid-phase extraction of phosphate in water samples, Anal. Sci. 28: 887-892.
[23] Ma, J., Yuan, D. and Liang, Y., 2008, Sequential injection analysis of nanomolar soluble reactive phosphorus in seawater with HLB solid phase extraction, Mar. Chem. 111: 151-159.
[24] Liang, Y., Yuan, D., Li, Q, and Lin, Q., 2007, Flow injection analysis of nanomolar level orthophosphate in seawater with solid phase enrichment and colorimetric detection, Mar. Chem. 103: 122-130.
[25] Asaoka, S., Kiso, Y., Oomori, T., Okamura, H., Yamada, T. and Nagai, M., 2014, An online solid phase extraction method for the determination of ultratrace level phosphate in water with a high performance liquid chromatograph, Chem. Geol. 380: 41-47.
[26] Rashid, M., Price, N.T., Pinilla, M.A.G. and O'Shea, K.E., 2017, Effective removal of phosphate from aqueous solution using humic acid coated magnetite nanoparticles, Water Res. 123: 353-360.
[27] Yu, Z., Zhang, C., Zheng, Z., Hu, L., Li, X., Yang, Z., Ma. C. and Zeng, G., 2017, Enhancing phosphate adsorption capacity of SDS-based magnetite by surface modification of citric acid, Appl. Surf. Sci. 403: 413-425.
[28] Wang, Z., Fang. W., Xing, M. and Wu, D., 2017, A bench-scale study on the removal and recovery of phosphate by hydrous zirconia-coated magnetite nanoparticles, J. Magn. Magn. Mater. 424: 213-220.
[29] Jang, J.H. and Lim, H.B., 2010, Charac-terization and analytical application of surface modified magnetic nanoparticles, Microchem. J. 94: 148-158.
[30] American Public Health Association, American Water Works Association, and Water Environment Federation, 1998, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Ed., American Public Health Association, Washington, DC, pp.4-146-4-147.
[31] Mahdavi, M., Ahmad, M.B., Haron, M.J., Namvar, F., Nadi, B., Rahman, M.Z.A. and Amin, J., 2013, Synthesis, surface modification and characterisation of biocompatible magnetic iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Molecules 18: 7533-7548.
[32] Giakisikli, G. and Anthemidis, A.N., 2013, Magnetic materials as sorbents for metal/metalloid preconcentration and/or separation. A review, Anal. Chim. Acta 789: 1-16.
[33] Li, Y.-S., Church, J.S. and Woodhead, A.L., 2012, Infrared and Raman spectroscopic studies on iron oxide magnetic nano-particles and their surface modifications, J. Magn. Magn. Mater. 324: 1543-1550.