Акваріумна хімія: Регенерація гранульованих середовищ з оксиду заліза гідроксидом натрію

Якщо Ви читаєте цю статтю, то, швидше за все, Ви вже знайомі з важливістю фосфатів у рифових акваріумах і з тим, як гранульований оксид заліза (GFO) може бути використаний для їх контролю, але в будь-якому випадку, ми пропонуємо Вам нагадати про це. Фосфат є поживною речовиною для водоростей і може обмежити здатність кальцифікуючих організмів формувати скелет карбонату кальцію (Farley, 2006). Загальний консенсус полягає в тому, щоб обмежити вміст фосфатів у рифових акваріумах до рівня нижче 0,05 проміле (у вигляді PO₄ 3- ). Цього можна досягти різними способами, але використання GFO для адсорбції фосфатів може бути необхідним для деяких акваріумістів і є безпечним та ефективним інструментом для управління фосфатами в рифових акваріумах (Farley, 2004). Недоліком GFO є те, що він досить дорогий. Для акваріумістів, які утримують нефотосинтезуючі корали, що вимагають масивного годування, мають великі акваріуми або щільну популяцію риб, витрати на регулярну заміну GFO можуть бути значними. За допомогою декількох простих інструментів і методів ми можемо легко регенерувати GFO так, щоб його можна було використовувати кілька разів. Нижче ми описуємо процедуру, яка допомогла нам ефективно регенерувати GFO. Перед тим, як йти і купувати будь-який з необхідних матеріалів, будь ласка, уважно прочитайте інструкції з техніки безпеки внизу цієї статті.

1. Промивання розведеною кислотою (цей крок, ймовірно, необов’язковий для багатьох людей, див. нижче): На кожні 500 мл GFO додайте 8 л свіжої води, змішаної з 6,4 мл соляної кислоти повної концентрації. Промивати протягом 4-6 годин, а потім злити.
2. Регенерація ГФО гідроксидом натрію: На кожні 500мл ГФО додати 8л свіжої води, змішаної з 320г гідроксиду натрію. Промивати протягом 72-96 годин, потім злити.
3. Прісною водою промити деіонізованою водою (ефективність цього етапу залежить від методу, який ви використовуєте для промивання ГФО – див. розділ про промивання нижче для більш детальної інформації): На кожні 500 мл ГФО промити щонайменше 20-25 л свіжої води.

Промивання розведеною кислотою

Цей крок призначений для видалення будь-яких відкладень карбонату кальцію на ГФО і може бути непотрібним для деяких людей. За певних умов карбонат кальцію абіотично осаджується на поверхні ГФО (Farley, 2004), що обмежує кількість доступної площі поверхні частинок ГФО. Як дізнатися, чи потрібно робити цей крок чи ні? Помістіть GFO в білий оцет або розведену соляну кислоту, як описано вище, і поспостерігайте за утворенням невеликих бульбашок. Бульбашки вказують на наявність карбонату кальцію. Вплив розведеної кислоти протягом декількох годин повинен видалити ці відкладення. Якщо ви не бачите, що бульбашки не утворюються, ви можете сміливо пропустити цей крок. Ми не вважали за потрібне виконувати цей крок на GFO з 3 різних рифових систем, але ваш пробіг може відрізнятися. Цей крок сам по собі НЕ регенерує GFO, але він може бути важливим кроком для тих, хто має значне покриття накипу на гранулах. Збільшення концентрації кислоти або подовження часу ополіскування може призвести до значного розчинення поверхні GFO і може зменшити кількість разів, коли ви зможете повторити процес регенерації в майбутньому (докладніше про це пізніше).

Деякі люди використовували для цього кроку розведення білого оцту від 1:1 до 10:1 замість соляної кислоти. Це може працювати добре, але ми не тестували його, тому не можемо коментувати його ефективність або його вплив на GFO. Для користувачів, які часто регенерують багато GFO, соляна кислота значно дешевша, ніж використання оцту. Галон соляної кислоти повної міцності (38% за об’ємом) можна придбати в багатьох магазинах товарів для дому, обладнання або басейнів менш ніж за 10 доларів, і цього повинно вистачити середньому рифівникові на роки. Її також можна використовувати в розведенні 1:10 для очищення відкладень накипу з робочих коліс насосів і нагрівачів. Недоліком наявності повноцінної соляної кислоти є те, що це дуже сильна речовина – як ви можете бачити з рецепту, для розчинення накипу потрібно трохи більше чайної ложки в одному галоні води. Це викликає занепокоєння з приводу безпеки для вас, ваших дітей та ваших домашніх тварин. Будь ласка, ознайомтеся з важливою інформацією про безпеку в кінці цієї статті, перш ніж використовувати його. Розбавлений розчин, описаний в кроці 1) вище, настільки розбавлений (0,03%), що він є досить нешкідливим, якщо ви не проковтнули його або не потрапили в очі.

Регенерація ГФО гідроксидом натрію

Вважається, що фосфат зв’язується з GFO через іонний зв’язок, який витісняє два іони гідроксиду в розчин (Farley, 2004). Найпростіший спосіб регенерації – це зворотний процес. Заливаючи ГФО дуже високою концентрацією гідроксид-іонів, ми обмінюємо фосфат-іони, які переходять у розчин, і замінюємо їх гідроксид-іонами. В результаті регенераційний розчин переповнюється фосфатними іонами – ми виміряли, що їхня концентрація сягає 270 ppm PO₄ – який ми пізніше змиємо з ГФО.

Це 4-й день регенерації 500 мл GFO. 320 г гідроксиду натрію у 8 л водного розчину утворює 1М розчин. Жовтий колір обумовлений розчиненим залізом.

Розчин гідроксиду натрію, описаний на кроці 2) вище, становить 16 об’ємів шару (об’єм регенераційного розчину в порівнянні з об’ємом GFO, що перезаряджається) і має концентрацію 1,0М. Ми промивали GFO в більш низьких концентраціях (0,1М і 0,5М) в 16 об’ємах шару, і це вимагає повторних циклів регенерації для видалення всього фосфату з GFO. Чи є описане вище рішення єдиним варіантом, який буде працювати? Ймовірно, ні, але ми не тестували інші варіанти, тому не можемо коментувати їх ефективність. Чи дозволить промивання розчину довше, ніж 96 годин, витягнути більше фосфатів? Ймовірно, що ні. Всі тести, які ми провели до цього часу, показують, що регенераційні розчини від 0,1 до 1,0 М витягують весь фосфат, який вони можуть витягнути, приблизно через 72 години. Більш тривалий час промивання може бути проблематичним, оскільки розчин гідроксиду натрію почне розчиняти частину поверхні GFO. Чи можете ви подвоїти концентрацію (2,0М) і зменшити об’єм (8 об’ємів) або навпаки (0,5М, 32 об’єми ліжка) і досягти тих же результатів? Ми не здивуємося, якщо альтернативні варіанти регенераційного розчину також будуть працювати добре, але для визначення цього будуть потрібні подальші випробування. З нашого досвіду, комбінація, описана вище, допомогла видалити весь зв’язаний фосфат з декількох партій GFO, що використовувалися в різних рифових системах. Якщо у Вас вдома є хороший тест-набір для визначення фосфатів, Ви можете погратися з концентрацією та об’ємом регенераційного розчину, щоб визначити, коли Ви “досягли дна” і видалили весь зв’язаний фосфат. Більшість тест-наборів для визначення фосфатів працюють в певному діапазоні pH, тому перед тестуванням регенераційний розчин потрібно буде нейтралізувати кислотою. Концентрація фосфату в розчині буде набагато вищою, ніж може виміряти більшість фосфатних тест-наборів, тому вам потрібно буде ретельно розбавити зразок в 100 або 200 разів, щоб отримати показники, які не будуть “зашкалювати”.

Джерела гідроксиду натрію

Тож де можна легко отримати гідроксид натрію? Багато постачальників хімікатів продають високі сорти гідроксиду натрію або калію, але вони, як правило, досить дорогі. Достатньо чистий гідроксид натрію для регенерації ГФО – це білий порошкоподібний кристал, що продається під загальними назвами “луг” або “каустична сода”, і використовується в миловарінні, виробництві біодизеля, очищенні каналізації, консервуванні деяких харчових продуктів, таких як оливки, і навіть використовується у виробництві деяких незаконних синтетичних наркотиків, які можуть римуватися зі словом “бетамфетамін”. Подейкують, що він також використовується мафіозними кілерами для вирішення певних “проблем”. Одне з найшвидших і найпростіших місць, де можна знайти невелику кількість лугу – це засоби для відкриття каналізації в будівельних магазинах. Більшість будівельних магазинів OSH, Lowe’s, Home Depot, а також True Value і Ace Hardware в даний час пропонують продукт під назвою “100% лужний розчин для відкривання зливних труб” від Rooto або продукт під назвою “Кришталевий розчин для відкривання зливних труб” від Roebic. Обидва ці засоби підходять для регенерації ГФО. Чи підійдуть інші продукти? Якщо на етикетці вказано, що вони виготовлені зі 100% лугу, то, швидше за все, вони будуть добре працювати, але ми ніколи не випробовували інші засоби для відкриття зливів, крім цих двох торгових марок. Є й інші засоби для відкриття зливів, які точно НЕ будуть працювати, в тому числі ті, які можуть “містити луг”, але також можуть містити гелеутворювачі, сильні кислоти або відбілювачі, які можуть розчинити Ваш GFO або, що ще гірше, спричинити хаос у Вашому акваріумі, якщо вони не будуть ретельно розведені під час процесу промивання. Як і у випадку з соляною кислотою, використання гідроксиду натрію викликає серйозні занепокоєння щодо безпеки для Вас, Ваших дітей та Ваших домашніх тварин. Будь ласка, ознайомтеся з відмовами від відповідальності за безпеку в кінці цієї статті для отримання додаткової інформації.

“Rooto Drain Opener” та “Roebic Crystal Drain Opener” є достатньо чистими джерелами гідроксиду натрію для регенерації ГФО.

Для того, щоб знайти більше, ніж кілька фунтів лугу за значно нижчими цінами, Ви можете звернутися до місцевих постачальників хімічних речовин і попросити про каустичну соду або луг навалом. Хоча велика кількість лугу може бути доставлена до Ваших дверей, через його небезпечний характер до вартості доставки додаються значні транспортні витрати. Набагато дешевше забрати його особисто, плюс ви уникнете незручної розмови з сусідами про те, що сталося з помаранчевим відром з небезпечними речовинами, яке стоїть на вашому ганку весь день. У Каліфорнії компанія Gallade Chemical постачає луг у вигляді “каустичної соди” в 50-фунтових відрах і мішках, які можна забрати особисто або доставити власною вантажівкою в певні місця безкоштовно. За 37 доларів ви можете отримати 50 фунтів лугу, якого повинно вистачити середньому рифівнику на кілька років. Якщо ви хочете скоротити витрати, це 0,74 долара за фунт порівняно з 3-6 доларами за фунт лугу Rooto або Roebic. В інших штатах ви зможете знайти будинки хімічних поставок, запитавши в місцевих миловарних магазинах або на інтернет-форумах, де знайти місцеві оптові джерела лугу. Якщо ви починаєте рахувати, вартість гідроксиду натрію, який використовується для регенерації ГФО, може бути до 20 разів дешевше, ніж заміна ГФО.

Коротке зауваження – гідроксид калію, який зазвичай називають каустичною содою, теоретично може бути використаний як замінник гідроксиду натрію на цьому етапі. Однак, принаймні в нашому регіоні, його було важче знайти і він коштував дорожче, ніж там, де ми могли його знайти. Кількість гідроксиду натрію повинна бути приблизно такою ж, хоча ми не використовували його для регенерації ГФО, тому не можемо коментувати його ефективність.

Промивання прісною водою

Ретельне промивання регенерованого ГФО деіонізованою водою легко здійснити за допомогою спеціального реактора.

Тепер, коли ми відокремили фосфат в розчин, нам потрібно розбавити і відокремити розчин від носія ГФО. Одним з недоліків цього процесу є те, що розчин для регенерації є досить “липким” – він, як правило, вимагає багато промивання, щоб видалити його. Один із способів промивання полягає в тому, щоб помістити носії в 5-галонне відро, залити водою, а потім зцідити; це досить неефективно, якщо у вас багато носіїв. Частинки на дні купи мають дуже мало контакту з прісною водою, і якщо ви перемішаєте або збовтаєте носій, він почне подрібнювати GFO на пил. Крім того, це дуже брудна і неприємна процедура. Ми знайшли найпростіший спосіб змивання регенераційного розчину за допомогою спеціального реактора від компанії Bulk Reef Supply і невеликої напірної головки Maxijet 400. Свіжа вода надходить з одного боку, а розбавлений розчин виходить з іншого і потрапляє прямо в каналізацію. Найбільша перевага полягає в тому, що всі носії ГФО промиваються одночасно, без жодних мертвих зон і без будь-якого перемішування, яке може розтерти їх на пил. З цієї причини реактор BRS також ідеально підходить для всіх 3 етапів процесу регенерації. Він гарантує, що ванна з кислотним промиванням і гідроксидом натрію контактує з усіма частинками носія без подрібнення. Якщо ви також використовуєте реактор BRS на вашому рифовому резервуарі, ви можете легко замінити внутрішній пластиковий картридж, що містить GFO, з “режиму рифу” на “режим регенерації” без необхідності мати справу з перенесенням мокрого і брудного середовища GFO з контейнера в контейнер. Ми можемо легко регенерувати каністру GFO, витрачаючи на це всього кілька хвилин щомісяця, і з дуже невеликим безладом. Ви можете виявити, що регенерація за допомогою цього методу простіше, ніж заміна GFO! Незалежно від того, який спосіб промивання середовища після регенерації Ви оберете, важливо провести тест на вміст фосфатів, щоб переконатися, що Ви видалили майже весь гідроксид натрію та фосфати перед тим, як замінити GFO у Вашому акваріумі. Ми виявили, що промивання GFO в реакторі все ще вимагає близько 40-50 об’ємів дна, щоб бути впевненим, що весь фосфат був вимитий. Менш ефективні методи можуть вимагати ще більшої кількості промивання, але точну кількість потрібно визначити експериментально.

Отже, чи існує обмеження на те, скільки разів можна регенерувати дану партію GFO? Здається, що немає ніяких обмежень на те, скільки разів ви можете обміняти фосфат на гідроксид і назад, але кожного разу, коли ви це робите, невелика кількість гідроксиду оксиду заліза з поверхні GFO розчиняється в розчині. Це означає, що гранули носія повільно почнуть потроху зменшуватися при кожній регенерації, тому існує теоретична межа того, скільки разів можна повторювати регенерацію. Деякі любителі повідомляють про відсутність проблем з регенерацією однієї і тієї ж партії ГФО більше 10 разів. Якщо ви маєте намір регенерувати GFO-носій, може бути перевагою придбання гранульованої версії носія, якщо ви маєте намір його регенерувати. Вони мають меншу площу поверхні для зв’язування фосфатів, але деякі любителі повідомляють, що гранули краще тримаються, не розчиняючись так сильно, тому ви можете отримати більше циклів регенерації з носія, перш ніж його потрібно буде повністю замінити. GFO, який ми використовуємо, – це дрібнозерниста версія від Bulk Reef Supply.

Безпека

Навіть Тайлер Дерден знає, що при роботі з гідроксидом натрію слід носити захисне спорядження.

У цій статті описані процедури, пов’язані з небезпечними хімічними речовинами. Гідроксид натрію / гідроксид калію / вапно / каустична сода потенційно дуже шкідливі для вас, ваших дітей та ваших домашніх тварин. Перед використанням, будь ласка, ознайомтеся з інформацією про безпеку за наведеними нижче посиланнями. Якщо в майбутньому ці посилання не працюватимуть, ось їх суть: Гідроксид натрію може назавжди осліпити вас і викликати дійсно неприємні хімічні опіки, якщо він потрапляє на вашу шкіру. Коли гідроксид натрію контактує з водою, він може виробляти достатньо тепла, щоб розплавити пластик і обпекти вас. З цієї причини його завжди слід дуже повільно додавати в холодну воду, а не навпаки. Він також може бурхливо реагувати з деякими металами, такими як алюміній, утворюючи газ водень, тому для наших цілей його слід змішувати, перемішувати і зберігати з пластиковими матеріалами. Засоби захисту, включаючи латексні рукавички і захисні окуляри, слід вважати абсолютною необхідністю при роботі з ним, навіть якщо він розведений у воді. рН описаного вище розчину гідроксиду натрію повинен бути близько 14, коли він щойно змішаний. Оцет безпечно нейтралізує гідроксид натрію, тому добре мати під рукою глечик з оцтом на випадок розливу. Після зливу розчину гідроксиду натрію в каналізацію його слід промити великою кількістю холодної води та/або нейтралізувати оцтом.

Те ж саме стосується і соляної кислоти, якщо ви вирішили використовувати її замість оцту. Соляна кислота потенційно дуже шкідлива для вас, ваших дітей та ваших домашніх тварин. Перед використанням, будь ласка, ознайомтеся з інформацією про безпеку за посиланнями нижче. Якщо в майбутньому ці посилання не працюватимуть, ось їх суть: При попаданні на шкіру мурашина кислота може назавжди осліпити вас і викликати дуже неприємні хімічні опіки. Мурашину кислоту слід відкривати тільки в приміщенні з достатньою вентиляцією і дотримуватися особливої обережності, щоб не піддаватися впливу парів. Всі кислоти слід дуже повільно додавати в холодну воду, а не навпаки. Як і гідроксид натрію, вона також може бурхливо реагувати з деякими металами, такими як алюміній, та/або утворювати газ водень, тому для наших цілей її слід змішувати, перемішувати та зберігати разом з пластиковими матеріалами. Засоби захисту, включаючи латексні рукавички та захисні окуляри, слід вважати абсолютною необхідністю при роботі з содою, навіть якщо вона розведена у воді. Харчова сода безпечно нейтралізує соляну кислоту, тому добре мати під рукою коробку з нею на випадок розливу. При утилізації розчину соляної кислоти в каналізацію його слід промити великою кількістю холодної води та/або нейтралізувати харчовою содою.

Робота з цими хімічними речовинами та усвідомлення ризиків є Вашою відповідальністю. Будь ласка, дійте обережно, і щасливої регенерації!

Посилання на джерела

1. Холмс-Фарлі, Р. Фосфат і рифовий акваріум. Інтернет-журнал “Рифівництво”, вересень 2006 року.
2. Холмс-Фарлі, Р. Гідроксид оксиду заліза (GFO) фосфатні в’яжучі речовини. Інтернет-журнал Reefkeeping, листопад 2004.
3. Особиста інформація, Вільям Вінг.
4. Особиста інформація, Форум з хімії рифів, www.reefcentral.com

Безпека гідроксиду натрію та паспорти безпеки

Безпека мурієвої кислоти та MSDS

1. http://www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/hydrochl.html

Source: reefs.com