بخشی از مقاله
چکیده
ضریب توزیع کادمیوم با استفاده از دادههای حاصل از آزمایشات تک غلظتی این عنصر 0/6 - میلیمولار - در دامنه پیاچ اسیدی تا بازی در چهار خاک آهکی تعیین شد. مقادیر ضرایب توزیع به شدت وابسته به پیاچ بود و حداقل آن در مقادیر پایین پیاچ مشاهده شد. حداکثر ضرایب توزیع در پیاچهای 8 - خاک شماره 1 و - 3 و 9 - خاک شماره 2 و - 4 مشاهده شد. دامنه ضرایب توزیع کادمیوم در خاکهای شماره 1، 2، 3 و 4 به ترتیب 2/1-1894/7، 1/5 -1810/4، 1/5-2401/1 و 1/6-5412/8 لیتر در کیلوگرم بود. لگاریتم ضریب توزیع نسبت به پیاچ دارای رابطه خطی و مثبت بود و دامنه ضریب رگرسیون - تعداد H+ رها شده وقتی یک یون M2+ جذب میشود - و ضریب همبستگی کادمیوم به ترتیب 0/4748-0/5049 و 0/7901-0/9668 بود. خاک شماره 4 که دارای بیشترین درصد کربنات کلسیم و ظرفیت تبادل کاتیونی در بین خاکها بود، بیشترین ضریب توزیع و ضریب رگرسیونی را به خود اختصاص داد.
واژه های کلیدی: ضریب توزیع، کادمیوم، پیاچ، کربنات کلسیم
مقدمه
با افزایش روزافزون فعالیتهای صنعتی، غلظت عناصر سنگین و همچنین خطرات زیست محیطی ناشی از آنها توجه بسیاری را به خود معطوف کرده است. آلودگی کادمیوم در خاک یکی از مهمترین جنبههای پیامد فعالیت آنتروپوژنیکی میباشد. فعالیتهای انسانی مانند رسوب اتمسفری، کاربرد کودهای فسفاتی و لجن فاضلاب مهمترین منابع آلودگی کادمیوم میباشند - اسمولدرز و مرتنز، . - 2013 ضریب توزیع، امکان انتقال و زیست فراهمی کادمیوم را ارزیابی میکند. در واقع ضریب توزیع یک شاخص مناسب برای مقایسه ظرفیت جذب خاکها یا مواد مختلف برای یک یون خاص در شرایط آزمایشگاهی مشابه میباشد - آلووی، 1995؛ عثمان، . - 2008 پیاچ یکی از مهمترین فاکتورهای تأثیرگذار بر رفتار جذب و ضریب توزیع عناصر میباشد. به طوری که با افزایش پیاچ خاک، نگهداشت عناصر سنگین کاتیونی در سطوح خاک از طریق جذب، کمپلکس سطحی درون کروی و یا واکنشهای رسوب و چند هستهای افزایش مییابد - اسپوزیتو، 1989؛ مکبراید، 1994؛ اسپارکس، . - 2003 گو و همکاران - 1997 - تأثیر لجن فاضلاب را بر جذب همزمان مس، روی، کادمیوم، نیکل، سرب و کروم در نه خاک و در دو پیاچ 4/5 و 6/5 مطالعه کردند. این محققان گزارش کردند که ضریب توزیع تمامی عناصر در پیاچ 6/5 بیشتر از پیاچ 4/5 بود. شاهین و همکاران - 2013 - دریافتند که خصوصیاتی از خاک که به شدت جذب کادمیوم را تحت تأثیر قرار میدهند شامل مقدار رس، ظرفیت تبادل کاتیونی، مقدار مواد آلی، اکسید آلومینیوم آمورف، اکسید آهن آمورف و مقدار کربنات کلسیم میباشند. بارنز و همکاران - 1981 - نشان دادند که از آهک میتوان برای رسوب عناصر محلول به صورت اشکال هیدروکسیدی غیرمحلول در یک محیط قلیایی استفاده کرد. آزمایشات جذب نشان دادند که کاتیونهای دو ظرفیتی کبالت، منگنز، کادمیوم، روی و نیکل به شدت توسط سطوح کربنات کلسیم جذب شدند، درحالیکه برلیوم و باریم جذب ضعیفی داشتند - دیویس و همکاران، 1987؛ زاچارا و همکاران، 1991؛ مکبراید، 1980؛ لورنز، . - 1981
مطالعات اندکی به بررسی تأثیر پیاچ تعادلی بر ضریب توزیع کادمیوم در خاکهای آهکی پرداختهاند و بررسیهای صورت گرفته نیز محدود به تنظیم پیاچ اولیه بودهاند، درحالیکه در این مطالعه پیاچ تعادلی خاک در نظر گرفته شده است. لذا مطالعه حاضر میتواند تا حدی پاسخگوی مکانیسمهای نگهداشت کادمیوم در خاکهای آهکی باشد.
مواد و روشها
در این مطالعه چهار نمونه خاک با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مختلف از چهار نقطه همدان بررسی گردید. نمونهبرداری از عمق 0-30 سانتیمتری خاک انجام شد و بعد از هوا خشک شدن از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. موقعیت مکانهای نمونه-برداری در جدول 1 و خصوصیات نمونه خاکها در جدول 2 ارائه شده است.
جدول -1 موقعیت نمونه خاکهای مورد مطالعه
شماره خاک طول جغرافیایی - درجه - عرض جغرافیایی - درجه -
جدول -2 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد مطالعه
به منظور بررسی تأثیر پیاچ بر جذب عناصر سنگین، یک گرم خاک به درون لولههای سانتریفیوژ 50 میلیلیتری اضافه شد و 20 میلیلیتر از محلول کلرید کادمیوم 0/6 - CdCl2 - مولار در محلول الکترولیت کلرید سدیم 0/01 - NaCl - مولار به آن اضافه شد - در دو تکرار - . پیاچ نمونهها با افزودن اسید کلریدریک 0/5 - HCl - و 0/7 نرمال و سود 0/05 - NaOH - نرمال بین 2 تا 9 تنظیم شد. تلاش شد که حجم نهایی در همه نمونهها پس از تنظیم پیاچ یکسان باشد. نمونهها پس از آمادهسازی، به مدت 2 ساعت تکان داده شدند و به منظور برقراری تعادل، 22 ساعت به آنها فرصت داده شد و مجدداً پس از گذشت این زمان به مدت 2 ساعت تکان داده شدند. سپس پیاچ هر یک از نمونهها پس از زمان تعادل قرائت شد. در نهایت نمونهها به مدت 15 دقیقه با دور 4000 در دقیقه سانتریفیوژ شدند و از کاغذ صافی عبور داده شدند. پس از عصاره گیری، پیاچ نمونهها قرائت گردید. در نهایت غلظت کادمیوم با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری جذب اتمی قرائت گردید. مقدار جذب کادمیوم از تفاوت بین مقدار اولیه آن عنصر و مقدار باقیمانده در محلول پس از برقراری تعادل تعیین گردید.
آزمایشات واجذب بلافاصله پس از آزمایشات جذب و بدون تنظیم پیاچ انجام شد. به همین منظور ابتدا خاک باقیمانده از آزمایش جذب در داخل لوله سانتریفیوژ، با استفاده از آب مقطر شسته شد تا عناصر به جا مانده از آزمایش جذب در محلول حذف شود. سپس 20 میلیلیتر 0/01 NaCl مولار به هر یک از نمونهها افزوده شد و نمونهها به مدت 2 ساعت تکان داده شدند و به منظور برقراری تعادل به مدت 22 ساعت به آنها فرصت داده شد و مجدداً به مدت 2 ساعت تکان داده شدند. در نهایت هر یک از نمونهها با استفاده از روش پیشین عصارهگیری شدند. جزء غیرقابل عصارهگیری کادمیوم جذب شده، از تفاوت مقدار کل عناصر جذب شده و مقدار بازیابی شده آنها با استفاده از 0/01 NaCl مولار به دست آمد.
نتایج و بحث
ضریب توزیع به عنوان نسبت غلظت فلزات در فاز جامد به غلظت فلزات در محلول تعادلی تعریف میشود. این پارامتر برای مقایسه ظرفیت جذب خاکها و مواد مختلف نسبت به یک یون خاص بسیار مؤثر میباشد - اندرسون و کریستنسن، 1988؛ آلووی، . - 1995 ضریب توزیع با استفاده از دادههای حاصل از آزمایشات تک غلظتی کادمیوم 0/6 - میلیمولار - در دامنه پیاچ اسیدی تا بازی در خاکهای مورد مطالعه، تعیین شد. بهطورکلی، مقادیر ضرایب توزیع به شدت به پیاچ وابسته بودند و با افزایش پیاچ افزایش یافتند - جدول . - 3 در آزمایشات ستونی انجام شده توسط هوانگ و همکاران - 2009 - نشان داده شد که با افزایش پیاچ خاک یا پیاچ محلول ورودی، مقدار ضریب توزیع کادمیوم افزایش یافت. کریستنسن و همکاران - 1996 - نیز همبستگی بالایی بین مقادیر ضریب توزیع کادمیوم و نیکل با پیاچ ترکیبات آبخوان مشاهده کردند. نتیجه بررسی این محققان دلالت بر وجود رابطه ساده بین تحرک نسبی این عناصر با پیاچ ترکیبات آبخوان داشت. با توجه به جدول 3، حداکثر ضرایب توزیع در پیاچهای 8 - خاک شماره 1 و - 3 و 9 - خاک شماره 2 و - 4 مشاهده شد. دامنه ضریب توزیع جذب کادمیوم در خاکهای شماره 1، 2، 3 و 4 به ترتیب 2/1-1894/7، 1/5-1810/4، 1/5 -2401/1 و 1/6-5412/8 لیتر در کیلوگرم بود. مقادیر بالای ضریب توزیع نشاندهنده نگهداری بالای عنصر توسط فاز جامد در طی جذب و واکنشهای شیمیایی است که سبب زیست فراهمی پایین عنصر میشود. با توجه با مقادیر ذکر شده میتوان دریافت که حداکثر ضریب توزیع کادمیوم مربوط به خاک شماره 4 میباشد که دارای بیشترین درصد کربنات کلسیم و ظرفیت تبادل کاتیونی در بین خاکها میباشد. شاهین - 2009 - و شاهین و همکاران - 2013 - نشان دادند که جذب کادمیوم و روی در خاک اریدی سول به دلیل حضور مقادیر بالای کربنات کلسیم کل میباشد. در مطالعه زاچارا و همکاران - 1991 - نیز بیشترین ترجیح کلسیت در جذب عناصر کادمیوم، روی، منگنز، کبالت، نیکل، باریم و استرانسیوم مربوط به کادمیوم بود. همچنین لیائو و سلیم - 2009 - با بررسی جذب کادمیوم به این نتیجه رسیدند که جذب این عنصر با ظرفیت تبادل کاتیونی همبستگی دارد و مقادیر آن متأثر از این خصوصیت خاک میباشد.
همانطور که قبلاً گفته شد مقادیر ضریب توزیع جذب تحت تأثیر پیاچ بود و با آن رابطه تنگاتنگی داشت. هوانگ و همکاران - 2014 - یک فرمول برای رابطه بین ضریب توزیع و پیاچ پیشنهاد کردند:
lg - Kd - = lg - k - + x × pH - 2 -
در این رابطه، x بیانگر تعداد H+ رها شده وقتی یک یون M2+ جذب میشود. pH نیز همان پیاچ تعادلی محلول میباشد. لگاریتم ضریب توزیع جذب نسبت به پیاچ دارای رابطه خطی بود - شکل . - 1 پارامترهای مربوط به این رابطه در جدول 4 ارائه شده است. دامنه ضریب رگرسیون - x - و ضریب همبستگی - R2 - کادمیوم به ترتیب 0/4748-0/5049 و 0/7901-0/9668 بود. در مطالعه کریستنسن و همکاران - 1996 - مقدار x و R2 به ترتیب 0/67 و 0/942بود که تقریباً مشابه با دادههای این مطالعه میباشد. همانند مقادیر ضرایب توزیع، حداکثر مقدار x مربوط به خاک شماره 4 بود.
