بخشی از مقاله
چکیده
جذب سطحی فلزات سنگین توسط کانیها کنترل کننده فراهمی زیستی و سرنوشت آنها در خاک میباشد. فرآیند جذب سطحی به شدت تحت تاثیر ترکیبات آلی با وزن مولکولی کم قرار دارد. در این پژوهش، اثر سیدروفور دسفروکامین - DFOB - بر جذب سطحی سرب، مس، کادمیوم، روی و نیکل توسط کانیهای مونتموریلونیت، مسکویت، فلوگوپیت، سپیولیت و بخش رس یک خاک آهکی بررسی شد. نتایج نشان داد که سیدروفور باعث افزایش مقدار جذب سرب توسط کانی مونتموریلونیت گردید. تشکیل کمپلکس سه گانه ممکن است دلیل افزایش جذب سرب توسط این کانی در حضور سیدروفور باشد. بر خلاف سرب، جذب کادمیم، روی، مس و نیکل توسط جاذبهای مورد مطالعه در حضور سیدروفور کاهش یافت. کاهش جذب کادمیم در حضور سیدروفور ممکن است به دلیل تشکیل کمپلکس بدون بار HMLœ و رقابت آنیونهای این لیگاند با سطوح کانیها برای جذب کادمیم باشد. نتایج این پژوهش تایید کننده تاثیر سیدروفورها بر سرنوشت فلزات سنگین در خاک می-باشد.
واژه های کلیدی: آلودگی خاک، فلزات سنگین، زیست فراهمی، لیگاندهای آلی
مقدمه
یکی از مهمترین عوامل موثر بر زیست فراهمی، سمیت و تحرک فلزات سنگین در خاکها، توانایی تشکیل کمپلکس با لیگاندهای آلی موجود درخاک بهویژه در محیط ریشه گیاه - ریزوسفر - میباشد . - Sparks, 2003 - یکی از مهمترین لیگاندهای آلی خاکهای مناطق خشک و نیمه خشک سیدروفورها هستند که در شرایط کمبود آهن بهوسیله میکروارگانیزمهای خاک و ریشه برخی از گیاهان ترشح شده تا با کلات کردن آهن محلول خاک قابلیت جذب آن را افزایش دهند - Varma and . - Chincholkar, 2007 این ترکیبات آلی با وزن مولکولی کم علاوه بر آهن میتوانند با سایر فلزات سنگین مانند کادمیم، سرب، و روی کمپلکس تشکیل دهند . - Neubauer et al., 2000 -
کمپلکس سیدروفور- فلز سنگین بسته به نوع سیدروفور، نوع فلز سنگین و pH ریزوسفر ممکن است دارای بار مثبت، منفی و یا بدون بار باشد که باعث افزایش یا کاهش جذب فلز سنگین توسط کلوئیدهای خاک میگردد . - Hamidpour et al., 2017 - این موضوع میتواند تحرک و زیست فراهمی فلزات سنگین در خاک را به شدت تحت تاثیر قرار دهد.گونههای متفاوتی از سیدروفور شناخته شده است؛ ولی نمک متان سولفانات دسفریاکسامین - DFOB - بهصورت تجاری و تحت نام دسفرال تولید و در کارهای تحقیقاتی بهطور متداول استفاده میشود. نیوبائر و همکاران - 2000 - نشان دادند که سیدروفور دسفرال، جذب سطحی مس بر روی کانی فریهایدرات در محدودهی4 pH تا 10 را محدود میکند.
کرامر و همکاران - 1999 - نیز گزارش کردند که جذب سطحی سرب بر روی گئوتیت، در حضور DFOB کاهش یافته و در حدود یک سوم سرب جذب شده بر روی این کانی درpH بزرگتر از6/5 بهوسیلهی سیدروفورها متحرک میشود. ولی، شیروانی و همکاران - 2006 - افزایش جذب سطحی کادمیم توسط سپیولیت و پالیگورسکیت در حضور سیدروفور را گزارش کردند.با وجود اینکه پژوهش زیادی در مورد جذب فلزات سنگین توسط کانیهای سیلیکاتی لایهای و اکسیدها و هیدروکسیدهای آهن، آلومینیوم و منگنز و همچنین برخی از کانیهای مناطق خشک همچون سپیولیت، پالیگورسکیت، کلسیت انجام پذیرفته، اطلاعات چندانی درباره اثر سیدروفور بر جذب سطحی فلزات سنگین توسط کانیهای غالب خاکهای مناطق خشک و بخش رس خاک وجود ندارد. بنابراین، تحقیق حاضر با هدف بررسی نقش سیدروفور دسفرال بر جذب سطحی برخی فلزات سنگین توسط کانیهای مونت موریلونیت، رسهای میکایی، سپیولیت و بخش رس یک خاک آهکی انجام گرفت.
مواد و روشها
تمامی آزمایشهای جذب سطحی فلزات سنگین در الکترولیت زمینه نیترات کلسیم 0/03 مولار در دمای آزمایشگاه 25-2 - درجه سلسیوس - با دو تکرار انجام شد . قبل از شروع آزمایشهای جذب، مقدار 0/1 گرم از جاذب مورد نظر به ظروف پلیاتیلنی 15 میلیلیتری حاوی 10 میلیلیتر فلز سنگین که بهوسیله الکترولیت زمینه تهیه شده بود، اضافه شد. جاذبهای مورد مطالعه عبارت بودند از مونتموریلونیت، مسکویت، فلوگوپیت، سپیولیت و بخش رس یک خاک آهکی. جزییات آزمایش در جدول 1 خلاصه شده است. pH سوسپانسیونها بهوسیلهی مقادیر ناچیزی از محلول 0/03 مولار اسید نیتریک یا هیدروکسید سدیم بر اساس منحنیهای تیتراسیون پیشآزمایشها، تنظیم شد.
سوسپانسیونها بهمدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه تکان داده شد و پس از سانتریفیوژ به مدت 20 دقیقه با سرعت دورانی 3000 دور در دقیقه ، 5 میلیلیتر از عصاره-ی تعادلی موجود در هر ظرف بهوسیلهی پیپتور برداشته و سپس غلظت فلز در آنها بهوسیلهی دستگاه طیفسنج اتمی مدل GBC- Avanta-PM, Australia اندازهگیری شد. مقدار عنصر جذب شده توسط جذبکنندهها با توجه به غلظتهای اولیه و تعادلی فلز در محلول محاسبه شد.گونهبندی عناصر سنگین در محلولهای تعادلی بهوسیلهی برنامهی PHREEQC انجام گردید . بدین صورتکه ابتدا واکنشهای شیمیایی مربوطه نوشته شد و ثابتهای تعادل ترمودینامیکی نیز از منابع استخراج گردید.
نتایج و بحث
اثر سیدروفور بر جذب سطحی فلزات سنگین در جدول 2 خلاصه شده است . سیدروفور غلظت سرب محلول در حال تعادل با کانی مونتموریلونیت را کاهش و در نتیجه میزان جذب سرب توسط کانی را در تمامی pH های مورد مطالعه نسبت به سیستم های بدون سیدروفور افزایش داد - شکل 1 الف - . هر چند که کاهش غلظت سرب تعادلی در تمامی محدوده pH مورد مطالعه مشاهده گردید، اما در pH های بالاتر از 4 سیدروفور باعث کاهش معنیداری در غلظت سرب محلول در تعادل با کانی مونتموریلونیت شد.بر خلاف سیستم سرب-مونتموریلونیت، سیدروفور جذب سطحی کادمیوم، روی، مس و نیکل توسط مونتموریلونیت، مسکویت، فلوگوپیت، سپیولیت و بخش رس خاک را کاهش داد.
به عنوان مثال، سیدروفور غلظت کادمیم محلول در حالتعادل با کانی مونتموریلونیت را افزایش و در نتیجه میزان جذب کادمیوم توسط کانی را در تمامی pH های مورد مطالعه نسبت به سیستم های بدون سیدروفور کاهش داد - شکل 1 ب - . هر چند که این افزایش غلظت کادمیم تعادلی در تمامی محدوده pH مورد مطالعه مشاهده گردید، اما در pH های بالاتر از 4 سیدروفور باعث افزایش چشمگیری در غلظت کادمیم محلول در تعادل با کانی شد. همانطور که شکل 2 نشان میدهد در حضور سیدروفور جذب سطحی روی توسط کانیهای میکایی مسکوویت و فلوگوپیت کاهش یافت.
