ขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสต์ที่ปรับปรุงด้วยถ่านชีวภาพสำหรับวิเคราะห์ปริมาณไอออนตะกั่วในสารละลายด้วยวิธีโพเทนชิโอเมตรี
คำสำคัญ:
ขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสต์, ไอออนตะกั่ว, ถ่านชีวภาพ, วิธีโพเทนชิโอเมตรีบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาการประกอบขั้วไฟฟ้าคาร์บอนเพสต์ที่ปรับปรุงด้วยถ่านชีวภาพเพื่อวิเคราะห์หาปริมาณไอออนตะกั่วในสารละลายด้วยวิธีโพเทนชิโอเมตรี การตรวจหาคุณลักษณะของถ่านชีวภาพที่ใช้ประกอบขั้วไฟฟ้าสามารถศึกษาได้โดยเทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ (X-ray diffraction, XRD), เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบลำแสงส่องกราด (scanning electron microscope, SEM) กับการวิเคราะห์ธาตุและองค์ประกอบด้วยเทคนิค energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) และเทคนิคการวิเคราะห์ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ (elemental analysis, EA) จากการวิเคราะห์พบว่าโครงสร้างผลึกของถ่านชีวภาพนี้มีเฟสของคาร์บอนอสัณฐาน และแกรไฟต์ โดยมีลักษณะพื้นผิวเป็นรูพรุนและมีองค์ประกอบของธาตุคาร์บอนมากที่สุด คือ ร้อยละ 89.46 และออกซิเจนร้อยละ 9.60 ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ธาตุที่เป็นองค์ประกอบของสารอินทรีย์ โดยพบธาตุคาร์บอนและออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลักเท่ากับ ร้อยละ 75.58 และออกซิเจนร้อยละ 22.18 ตามลำดับ จากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโพเทนชิโอเมตรีพบว่าขั้วไฟฟ้านี้มีการตอบสนองต่อไอออนตะกั่วที่ดีโดยมีค่าความชันเท่ากับ 30.361.21 mV ซึ่งเป็นไปตามสมการเนินสต์ ความเข้มข้นต่ำสุดของไอออนตะกั่วที่สามารถวิเคราะห์ได้ (limit of detection, LOD) เท่ากับ 5.69x10-6 M และช่วงความเข้มข้นที่วิเคราะห์ได้เป็นเส้นตรงอยู่ในช่วง 5x10-5- 0.1 M อัตราส่วนของการประกอบขั้วไฟฟ้าชนิดนี้มีอัตราส่วนของถ่านชีวภาพ:แกรไฟต์:น้ำมันนูจอล เท่ากับ 28:12:60 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ขั้วไฟฟ้าชนิดนี้มีความเที่ยงและมีความเลือกจำเพาะต่อไอออนตะกั่วที่ดี
References
Lu Y, Hu Y, Tang L, Xie Q, Liu Q, Zhong L et al. Effects and mechanisms of modified biochars on microbial iron reduction of Geobacter sulfurreducens. Chemosphere 2021;283:130983.
Wang X, Gu Y, Tan X, Liu Y, Zhou Y, Hu X et al. Functionalized biochar/clay composites for reducing the bioavailable fraction of arsenic and cadmium in river Sediment. Environ Toxicol Chem 2019;38(10):2337-47.
Li L, Lai C, Huang F, Cheng M, Zeng G, Huang D et al. Degradation of naphthalene with magnetic bio-char activate hydrogen peroxide: Synergism of bio-char and Fe–Mn binary oxides. Water Res 2019;160:238-48.
Li Y, Wang Z, Xie X, Zhu J, Li R, Qin T. Removal of Norfloxacin from aqueous solution by clay-biochar composite prepared from potato stem and natural attapulgite. Colloid Surface A 2017;514:126-36.
Sackey EA, Song Y, Yu Y, Zhuang H. Biochars derived from bamboo and rice straw for sorption of basic red dyes. Plos One 2021;16(7):e0254637.
Jin H, Wang X, Gu Z, Polin J. Carbon materials from high ash biochar for supercapacitor and improvement of capacitance with HNO3 surface oxidation. J Power Sources 2013;236:285e292.
Ehsani A, Parsimehr H. Electrochemical energy storage electrodes from fruit biochar. Adv Colloid Interface Sci 2020;284:102263.
Kafouris D, Christoforou E, Stefani D, Sarandi A, Stavroulakis G, Christou E et al. Lead, cadmium and mercury determination and human health risk assessement in foods from Cyprus. J Food Compos Anal 2024;128:10600.
Karaman DN, Serbest H, Bahçivan A, Korkunç ÜP, Bakirdere S. Development of an analytical strategy for the determination of trace lead in hibiscus tea extract by double slotted quartz tube assisted flame atomic absorption spectrometry after manganese ferrite based dispersive solid phase extraction. Microchem J 2023;195:10936.
Ensafi AA, Khayamian T, Benvidi A, Mirmomtaz E. Simultaneous determination of copper, lead and cadmium by cathodic adsorptive stripping voltammetry using artificial neural network. Anal Chim Acta 2006;561(1-2):225-32
El Mhammedi MA, Achak M, Chtaini A. Ca10(PO4)6(OH)2-modified carbon-paste electrode for the determination of trace lead(II) by square-wave voltammetry. J Hazard Mater 2009;161(1):55-61.
Ataman OY. Vapor generation and atom traps: Atomic absorption spectrometry at the ng/L level. Spectrochim Acta B: At Spectrosc 2008;63(8):825-34
Lu P, Nuhfer NT, Kelly S, Li Q, Konishi H, Elswick E et al. Lead coprecipitation with iron oxyhydroxide nano-particles. Geochim Cosmochimi Ac 2011;75(16):4547-61.
Hopkins AL, Lamm MG, Funk JL, Ritenbaugh C. Hibiscus sabdariffa L. in the treatment of hypertension and hyperlipidemia: a comprehensive review of animal and human studies. Fitoterapia 2013;85:84-94.
Chen G, Zhang X, Gao Y, Zhu G, Cheng Q, Cheng X. Novel magnetic MnO2/MnFe2O4 nanocomposite as a heterogeneous catalyst for activation of peroxymonosulfate (PMS) toward oxidation of organic pollutants. Sep Purif Technol 2019;213: 456-64.
Jasiński A, Guziński M, Lisak G, Bobacka J, Bocheńska M. Solid-contact lead(II) ion-selective electrodes for potentiometric determination of lead(II) in presence of high concentrations of Na(I), Cu(II), Cd(II), Zn(II), Ca(II) and Mg(II). Sens Actuators B Chem 2015;218:25-30.
Krikstolaityte V, Ding R, Ruzgas T, Björklund S, Lisak G. Characterization of nano-layered solid-contact ion selective electrodes by simultaneous potentiometry and quartz crystal microbalance with dissipation. Anal Chim Acta 2020;1128:19-30
Suguihiro TM, de Oliveira PR, de Rezende EI, Mangrich AS, Marcolino LH Jr, Bergamini MF. An electroanalytical approach for evaluation of biochar adsorption characteristics and its application for Lead and Cadmium determination. Bioresour Technol 2013;143:40–5.
Oliveira PR, Lamy-Mendes AC, Rezende EI, Mangrich AS, Marcolino LH Jr, Bergamini MF. et al. Electrochemical determination of copper ions in spirit drinks using carbon paste electrode modified with biochar. Food Chem 2015;171:426–31.
Kalinke C, Mangrich AS, Marcolino LH Jr, Bergamini MF. Carbon paste electrode modified with biochar for sensitive electrochemical determination of Paraquat. Electroanalysis 2016;28:764-9.
Wang J, Yang J, Xu P, Liu H, Zhang L, Zhang S et al. Gold nanoparticles decorated biochar modified electrode for the high-T performance simultaneous determination of hydroquinone and catechol. Sens Actuators B Chem 2020;306:127590.
Sant’Anna MVS, Carvalho SWMM, Gevaerd A, Silva JOS, Santos E, Carregosa ISC et al. Electrochemical sensor based on biochar and reduced graphene oxide nanocomposite for carbendazim determination. Talanta 2020;220:121334.
Oliveira GA, Gevaerd A, Mangrich AS, Marcolino LH Jr, Bergamini MF. Biochar obtained from spent coffee grounds: Evaluation of adsorption properties and its application in a voltammetric sensor for lead (II) ions. Microchem J 2021;165:106114.
World Health Organization. Preventing disease through healthy environments. Exposure to lead: A major public health concern. [Internet].2023 [cited 2024 August 27]. Available from: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/372293/9789240078130-eng.pdf?sequence=1
Flora SJ, Flora G, Saxena G. Environmental occurrence, health effects and management of lead poisoning. Lead. Chemistry, Analytical Aspects, Environmental Impacts and Health Effects. 1st ed. Amsterdam: Elsevier Science, Inc.; 2006.
Papanikolaou NC, Hatzidaki EG, Belivanis S, Tzanakakis GN, Tsatsakis AM. Lead toxicity update. A brief review. Med Sci Monit 2005;11(10):RA329-36.
Umezawa Y, Bühlmann P, Umezawa K, Tohda K, Amemiya S. Potentiometric selectivity coefficients of ion-selective electrodes part I. Inorganic cations (technical report). Pure Appl Chem 2000;72(10):1851-2082.
Armynah B, Tahir D, Tandilayuk M, Djafar Z, Piarah WH. Potentials of biochars derived from bamboo leaf biomass as energy sources: effect of temperature and time of heating. Int J of Biomat 2019;2019(1):3526145.
Sahoo SS, Vijay VK, Chandra R, Kumar H. Production and characterization of biochar produced from slow pyrolysis of pigeon pea stalk and bamboo. Clean Eng Technol 2021;3:100101.
Ioannidou O, Zabaniotou A (2007) Agricultural residues as precursors for activated carbon production-A review. Renew Sust Energ Rev 2007; 11:1966–2005.
เพ็ญศรี ทองนพเนื้อ. เคมีวิเคราะห์เชิงไฟฟ้า. พิมพ์ครั้งที่ 6. กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย; 2561.
Wang Y, Chen D, Xue X, Aihemaiti A, Yin J, Zhu H. Surface functionalized biochar for the effective capacitive deionization of lead ions. Sep Purif Technol 2024;350:127907.
Abubshait HA, Farag AA, El-Raouf MA, Negm NA, Mohamed EA. Graphene oxide modified thiosemicarbazide nanocomposite as an effective eliminator for heavy metal ions. J Mol Liq 2021;327:114790.
Huang Z, Lu L, Cai Z, Ren ZJ. Individual and competitive removal of heavy metals using capacitive deionization. J Hazard Mater 2016;302:323-31.
Agustini D, Mangrich AS, Bergamini MF, Marcolino LH Jr. Sensitive voltammetric determination of lead released from ceramic dishes by using of bismuth nanostructures anchored on biochar. Talanta 2015;142:221-7.
Mendonça MZM, de Oliveira FM, Petroni JM, Lucca BG, da Silva RAB, Cardoso VL et al. Biochar from coffee husks: a green electrode modifier for sensitive determination of heavy metal ions. J Appl Electrochem 2023;53:1461-71.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2024 วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หัวเฉียวเฉลิมพระเกียรติ
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
บทความทุกบทความที่ได้รับการตีพิมพ์ถือเป็นลิขสิทธิ์ของ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยหัวเฉียวเฉลิมพระเกียรติ
