An Ion-Selective Electrode for Detection of Ammonium in Wastewater Treatment Plants

Abstract: Att följa ammonium i reningsverk är avgörande för att förbättra reningsprocessen och kontrollera flödet av föroreningar ut till ekosystemet. Jonselektiva elektroder (ion-selective electrodes, ISEs) är en lovande teknik inom området, där polymermembran baserade på nonactin är de mest studerade membranen för ammoniumsensorer. Membranet droppas tillsammans med ett jon-till-elektron transducerande material på ett elektrodsubstrat av grafit eller glasartat kol. Nonactin-baserade jonselektiva elektroder har typiskt en detektionsgräns inom storleksordningen 10-5 M, men uppvisar betydande kaliuminterferenser. Ett elektrodsystem baserat på grafitelektroder, inkluderande en ISE och en referenselektrod (RE), studerades i detta examensarbete. De jonselektiva elektroderna producerades genom att droppa jon-till-elektron trandsducerande funktionella flerväggiga kolnanotuber (functional multiwalled carbon nanotubes, f-MWCNTs) lösta i tetrahydrofuran (THF) och en membrancocktail innehållande polyvinylklorid (PVC), mjukgörare och nonactin löst i THF på grafitelektroder. Membranet täcktes sedan med en buffrad polyvinylalkohol (PVA) hydrogel med pH 7 och ett gas-permeabelt membran. Referenselektroderna producerades genom att droppa en membrancocktail av polyvinylbutyral (PVB) mättat med NaCl på grafitelektroder. Jonselektiva elektroder med f-MWCNTs som jon-till-elektron transducerande lager och ett PVC-baserat ammonium-selektivt membran med nonactin producerades framgångsrikt. Elektroderna hade en detektionsgräns i storleksordningen 10-5 M, vilket kan jämföras med tidigare artiklar publicerade inom området. Ytterligare producerades PVB-baserade referenselektroder mättade med NaCl framgångsrikt. Referenselektroderna uppvisade små variationer när koncentrationer av olika salt varierades. Arbetet visade att det gaspermeabla membranet Hyflon AD i kombination med en PVA hydrogel inte var lämplig i den föreslagna konfigurationen, då hålrum formades i torkningsprocessen av det gaspermeabla membranet och membranet delaminerade. Det föreslogs att beteendet kunde vara en konsekvens av inkompatibilitet mellan PVC och det gaspermeable membranet, till följd av deras skillnad i polaritet.