بخشی از مقاله
چکیده
بمنظور بررسی تاثیر نانوذره آهنصفرظرفیتی بر شکلهای شیمیایی مس در خاک، آزمایشی بصورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با 4 سطح نانوذره 0 - ، 1، 2 و 4 درصد - در 3 تکرار انجام گرفت و توزیع عناصر مذکور در زمانهای انکوباسیون 1، 2، 4 و 8 هفته با روش عصارهگیری متوالی تعیین و شاخص توزیعکاهشیافته - IR - محاسبه گردید. کاربرد نانوذره آهنصفرظرفیتی موجب کاهش معنیدار - 3 0.05 - مس در بخشهای تبادلی و کربناتی و افزایش معنیدار مس در بخشهای پیوند با اکسیدهای آهن و منگنز نسبت به خاک شاهد گردید. با افزایش درصد نانوذره افزوده شده به خاک و زمان انکوباسیون، مقدار IR افزایش یافت که بیانگر توزیع فلز در بخشهای پایدار خاک است. درنهایت میتوان نتیجهگیری کرد که افزودن نانوذره آهنصفرظرفیتی به خاک، منجر به کاهش تحرک مس در خاک میشود.
مقدمه
فلزات سنگین با توجه عدم زیست تخریب پذیری آنها، تجمع آنها در موجودات زنده و جذب آنها در زنجیرههای غذایی وآثار زیان بار فیزیولوژیک بر جانداران اهمیتی ویژه در آلودگی محیط زیست و سلامت بشر دارند. مس یک عنصر غذایی کم مصرف ضروری برای انسان، بیشتر حیوانات و گیاهان می باشد. اما مقدار زیاد آن برای تمامی موجودات زنده سمیت ایجاد میکند . - khan and Wahab, 2007 - غلظت معمول مس در خاک به طور کلی بین2-250 میلی گرم بر کیلوگرم می باشد جذب مقدار زیادی مس در انسان منجر به مشکلاتی ازقبیل مشکلات گوارشی، آسیب کبد، اختلالات کلیه و حتی مرگ می شود - Azooz . - et al., 2012 یکی از روشهای مناسب برای پاکسازی خاک آلوده به فلزات سنگین، تثبیت عناصر توسط افزودن ماده اصلاحکننده به خاک است که طی فرآیندهای جذب، کمپلکس، یا رسوب دادن، منجر به کاهش تحرک و زیست فراهمی آنها میشود. .
جذب سطحی و یا تثبیت فلزات سنگین به وسیله نانو ذرات یک فناوری سازگار با محیط زیست است که در سالیان اخیر به عنوان عاملی موثر برای از کاهش آلودگیهای آلی و یونهای فلزات سنگین از آب و خاک بررسی گردیده است در بین نانو ذرات نیز، آهن صفر ظرفیتی - ZVI - به دلیل فراوانی، ارزانی، غیرسمیبودن، واکنش سریع و توانایی و بازده بالا در تجزیه آلایندههایی نظیر کادمیم، سرب، مس و روی از آبهای زیر زمینی بیشتر مورد توجه بوده است از نانوذره آهن صفر ظرفیتی برای حذف کادمیم، سرب، روی و نیکل با نسبت 0 و 2 درصد نانوذره و خاک استفاده نمودند و نشان دادند که غلظت فلزات سنگین قابل استخراج با DTPA در خاک تحت تیمار نانوذره آهن صفر ظرفیتی نسبت به خاک شاهد کاهش معنیداری داشت.
نیز نشان داد با افزودن ذرات آهن صفرظرفیتی با اندازه 100 میکرومتر به خاک آلوده به فلزات سنگین، میزان آبشویی روی پس از دو هفته ، 99 درصد کاهش یافت که بیانگر تثبیت روی در خاک است. با توجه به کارایی بالای نانوذره آهن صفرظرفیتی در حذف عناصر سنگین از آبهای آلوده و مطالعات اندک در مورد تثبیت و غیرمتحرکسازی فلزات سنگین توسط نانوذره آهن صفرظرفیتی در خاک، در این پژوهش کاربرد این نانو ذره بر توزیع شکلهای شیمیایی مس در خاک آلوده بررسی شد.
مواد و روشها
گزینش خاک و آزمایشات فیزیکوشیمیایی خاک آلوده به عناصر سنگین از حوالی معدن انگوران در استان زنجان نمونهبرداری شد. نمونهها هوا- خشک شده و از الک 2 میلیمتری عبور داده شدند. برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نظیر بافت به روش هیدرومتری - Gee and Bauder, - 1986 ، pH و EC در سوسپانسیون 1:5 خاک و آب، کربن آلی به روش والکلی و بلک - Nelson and Sommers, 1982 - ، کربنات کلسیم معادل - CCE - به روش خنثیسازی با اسید کلریدریک - Rayment and Higginson, 1992 - ، کربنات کلسیم فعال با روش اگزالات آمونیوم - Drouineau, 1942 - ، ظرفیت تبادل کاتیونی - CEC - به روش استات آمونیوم یک نرمال - Chapman, 1965 - و میزان عناصر سنگین کل در خاک با روش هضم با اسید - Soon and Abboud, 1993 - اندازهگیری شد.
تهیه نانوذره آهن صفر ظرفیتی برای سنتز نانوذره آهن، ابتدا مقدار 0/5406 گرم FeCl3.6H2O در محلولی حاوی 24 میلیلیتر اتانول و 6 میلیلیتر آب دیونیزه حل شد. سپس مقدار 0/3783 گرم سدیم بروهیدرید در 100 میلیلیتر آب دیونیزه حل گردید و قطره قطره به محلول اولی افزوده و پیوسته هم زده شد - هر قطره در عرض 2 ثانیه - . پس از مشاهده ذرات سیاه، همزدن به مدت 10 دقیقه ادامه یافت. ذرات آهن سیاه رنگ تولید شده توسط فیلتر جدا شده و 3 بار با استفاده از 25 میلیلیتر اتانول شستشو داده شد و در نهایت نمونه به مدت یک شب در آون در دمای 50 درجه سانتیگراد خشک گردید . - Rashmi et al., 2013 - برای تعیین اندازه ذرات از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل - SEM, AIS-2100, 5.0 kV, Korea - استفاده شد.
آزمایش انکوباسیون به مقدار مشخصی از نمونه خاکهای هوا-خشک شده، مقادیر 0، 1، 2 و 4 درصد از نانوذره آهن صفر ظرفیتی اضافه گردید و پس از مخلوط شدن، نمونهها در ظروف پلاستیکی ریخته شده و رطوبت نمونهها در رطوبت ظرفیت زراعی تنظیم شدند. نمونهها به مدت 2 ماه در انکوباتور با دمای 25 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. در طول مدت انکوباسیون، درصد رطوبت نمونه %60 - ظرفیت نگهداری خاک - ثابت نگه داشته شد. سپس در زمانهای 1، 2، 4 و 8 هفته بعد از انکوباسیون، از هریک از تیمارها مقدار مشخصی از خاک برداشت شده و شکلهای شیمیایی عناصر سنگین با استفاده از روش عصارهگیری متوالی تسییر استخراج شد. خلاصه روش عصارهگیری متوالی Tessier et al., - 1979 - در جدول 1 نشان داده شده است.
بحث و نتایج
با توجه به ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک ارائه شده در جدول 2، خاک مورد مطالعه دارای بافت لومی شنی، آهکی با pH قلیایی و آلوده به فلز مس به میزان بیشتر از حداکثر غلظت مجاز آنها در خاک بر اساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی 35 - میلیگرم بر کیلوگرم - میباشد .
