بخشی از مقاله
چکیده:
آلودگی خاک توسط مواد شیمیایی باعث افزایش نگرانیهایی در محیط زیست شده است. در این تحقیق جذب سطحی سرب در خاکهای آهکی جنوب استان کرمان بررسی شده است. به این صورت که 6 نمونه خاک از مناطق مد نظر انتخاب، از هر منطقه 10 نمونه از عمق 30-0سانتیمتری برداشت و در نهایت یک نمونهی مرکب به آزمایشگاه منتقل گردید. پس از انکوباسیون، غلظت سرب با دستگاه جذب اتمیک اندازه گیری شد. نتایج حاصل از معادله لانگمویر نشان میدهد که بیشترین جذب سطحی سرب دراسلام آباد بود که این بستگی خصوصیات خاک دارد.
.1 مقدمه و هدف:
امروزه آلودگی خاکها و محیطهای آبی به فلزات سنگین یکی از جدیترین مشکلات زیست محیطی است که در حال گسترش میباشد. خاکها و آبهایآلوده، محیط زیست و سلامت انسان را به خطر میاندازند. آلودگی فلزات سنگین نه تنها کیفیت خاک را تخریب میکند، بلکه سلامت محصولات کشاورزی و در نهایت سلامت بشر را نیز تهدید خواهد نمود.
محققین دریافتند که ایزوترم جذب یک روش معمولی برای توصیف تنوعهای زیاد پدیدههای جذب و دفع است. اغلب برای درک و پیشبینی حلالیت مواد جذب شده در محیط اجتنابناپذیر است. معمولاً خاکها میتوانند حلالیت و فراهمی زیستی فلزات سنگین را هنگامیکه آنها توسط واکنشهایی از قبیل جذب، رسوب و کمپلکس شدن در خاک نگه داری میشوند، را کاهش دهد.بنابراین هدف از انجام این تحقیق تعیین میزان جذب سطحی سرب در خاکهای آهکی توسط معادله لانگمویر و بررسی خصوصیات خاک بر جذب سطحی سرب میباشد.
.2پیشینه تحقیق
جذب یک فلز توسط خاک به ویژگیهای فلز، خاک و خصوصیات محیط از قبیل نسبت فاز جامد به محلول نسبت داده شده است. آلودگی خا ک توسط فلزات سنگین فرایندی است که به طور گسترده در اثر فعالیتهای بشر، کشاورزی و صنعت رخ میدهد.[34] وجود این عناصر در اتمسفر، خاک و آب حتی در مقادیر بسیار کم، مشکلاتی را برای موجودات زنده در پی خواهد داشت.
فلزات سنگین عناصری هستند که وزن مخصوص آن ها بیشتر از4.5گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد .سرب یکی از مهمترین این فلزات سنگین بوده و از دیر باز به عنوان یکی از آلاینده های مهم محیطی به شمار می رود .خاکهای آلوده به سرب منجر به کاهش شدید محصول شده و به این ترتیب باعث بروز مشکلات جدی در امر کشاورزی میگردد .سرب ایجاد گونه های فعال اکسیژن را در گیاه افزایش داده و منجر به ایجاد تنش اکسیدی در آنها می شود، بنابراین افزایش فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانی خاصی در چنین گیاهانی دیده میشود
به دلیل سمیت بالقوه و مقاومت زیاد فلزات، خا کهایی که آلوده به چنین عناصری هستند به عنوان مشکل محیطی مطرح می باشند که به یک راه حل موثر و ممکن نیاز دارند29]،.[19 در طول تاریخ، بشر به طور پیوسته با آلودگی محیط زیست مواجه بوده است، اما اخیرا این مسئله خیلی مشهود تر شده است .آلودگیهای صنعت مدرن ، شهر نشینی و ترافیک پایدار و فراگیر است .ویژگی کلی آلودگیهای مدرن حضور فراگیر آنها در هوا، آب، خاک وگیاه است[16] گیاه است.
آلودگی خاک با عنصر سرب یکی از مهمترین آلودگیهای زیست محیطی در بسیاری از نقاط جهان است که باعث بروز خطرات جدی برای انسان و محیط زیست به عبارتی آلودگی بیش از حد سرب منجر به بیماری های صعب العلاج برای انسان می گردد. زیان سرب بیشتر ناشی از توان جابجایی کم آن در محیط زیست و رسوب پذیری بالای آن می-باشد.
سرب در مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی استفاده می شود4]،.[3 اغلب با کادمیوم در خاکهای آلوده شده توسط فلزات سنگین یافت می شود. بنابراین درک شیمی سرب و سایر فلزات سنگین به منظور دستیابی به سمیت آنها مهم است. فلزات سنگین به میزان زیادی جذب ذرات خاک می شوند. منابع فلزات سنگین، گردو غبار اتشار یافته از اتمسفر، بقایای لجن فاضلاب و سایر مواد زائد تخلیه شده در خاک، کانیها به خصوص فسفاتها، کود ها و بعضی مواد شیمیایی حفاظت کنندهی گیاهان هستند.
جذب سطحی زمانی رخ می دهد که گازها یا املاح محلول بر روی سطوح جامدات یا مایعات - جذب کنندهها - تجمع کنند. و لایه نازکی از اتمها یا مولکولها - جذب شونده - را تشکیل دهند. با جذب داخلی متفاوت است که در آن مواد به جامدات یا مایعات پراکنده میشوند و محلول را تشکیل میدهند. سرب یک فلز سنگین سمی و یک آلاینده ی اصلی فعالیتهای بشر است که عمدتاً در خاک به صورت سرب دو بار مثبت وجود دارد. این آلاینده در اکوسیستمهای مختلف تجمع پیدا کرده و غلظتهای زیاد آن در خاکهای صنعتی، کشاورزی و معدنی یافت شده است
جذب یونهای سرب توسط خاکها و کانیهای رسی به خصوصیات بار جذب کننده[14] از قبیل میزان بار سطحی، نوع بار - دائمی یا متغیر - و نقطه مبدا از جایگزینی تتراهدرال یا اکتاهدرال در مورد بار دائمی بستگی دارد17]،16،.[15 و به عبارت دیگر خصوصیات یونهای فلزی مانند بار، شعاع یونی و خصوصیت اسید و باز برای تنظیم میل ترکیبی فلز برای واکنش با سطوح جامد خاک شناخته شدهاند.
سایر فاکتورها از قبیل غلطت فلز[19] ،پیوند یونی، نوع و غلظت یونهای رقیب20]،[14، نسبت مایع به جامد[21]، دما همچنین بر پروسههای جذب موثر است23]،22،.[15 فلزات سنگین برای کیفیت محیط زیست سمی و برای آب زیرزمینی خطر آفرین هستند و همچنین آلایندههای فلزی برای مدت طولانی در مکانهایی از خاک باقی میمانند تا زمانیکه آنها از خاک خارج شوند. آبشویی مواد شیمیایی به آبهای زیرزمینی و حرکت این مواد در خاک، مشکلات زیادی را برای آلودگی ماتریکس خاک، محلول خاک و آب زیرزمینی آن بوجود میآورد. امروزه مشکل آلودگی خاک و آب با فلزات سنگین یکی از عوامل تهدیدکننده پایداری تولیدات کشاورزی و حیات انسان و سایر موجودات زنده است. پاکسازی فلزات سنگین از خاکهای آلوده شده نشان دهندهی یک چالش سخت است
جذب فلزات سنگین توسط ذرات خاک بر خروج و سرنوشت فلزات سنگین در خاک اثر میگذارند. بنابراین توصیف دقیق از فرایندهای جذب یا رسوب فلزات سنگین مهم است. جذب و دفع فلزات سنگین از خاکها میتواند توسط فاکتورهایی از قبیل واکنش خاک، دما و مدت نگهداری تحت تاثیر قرار گیرد. جذب فلزات سنگین توسط ترکیبات خاک به وسیله مدل خطی[32]، فرندلیچ و لانگمویر[33] در نظر گرفته میشود. معادله فرندلیچ اغلب برای مدل کردن جذب فلزات توسط جامدات در سطوح نا همگن مفید است و نسبت به معادله لانگمویر برای جذب کاتیونها و آنیونها توسط خاک ها برتر است35]،.[34 گرچه اختلافاتی در مورد اثر مدلهای لانگمویر و فرندلیچ برای تفسیر کاتیونهای فلزی در خاکها وجود دارد.
بعضی از پارامترهای این مدل ها، از قبیل کیفیت حداکثر جذب و ضریب پخشیدگی در تعیین ظرفیت جذب سرب و سایر فلزات سنگین خاکها به طور گسترده قابل قبول اند، وجود دارد40]،39،38،.[37 ضریب پخشیدگی یک پارامتر مفید برای مقایسهی ظرفیت جذب خاکها یا مواد مختلف برای هر یون خاص است، زمانیکه آنها تحت شرایط یکسان آزمایشگاهی اندازه گیری میشوند.
حلالیت فلزات در محلول خاک مستقیماً به پارتیشن بندی آنها بین خاک و محلول مرتبط است .[36] بنابراین، مستقیماً به ضریب پخشیدگی آنها مرتبط است، که ظرفیت حفظ املاح و میزان حرکت آنها به فاز مایع را نشان می دهد[41] روابط ترمودینامیکی برای جذب اتمهای خارج از فاز گازی برروی سطوح جامدات به شکل هندسی سطوح، نیرو های بین اتمها و سایتهای پیوندی و به واکنش های اتمهای جذب شده با یکدیگر بستگی دارد. برای سطوح ناهمگن رابطه ای به نام ایزوترم جذب فرندلیچ تعریف شده است.[42] فرندلیچ ایزوترم خود را به صورت یک رابطه تجربی برای جذب هیدروژن رو سطوح فلزات پیشنهاد کرد. سایر دانشمندان از این ایزوترم برای آنالیز نتایج آزمایشگاهی خود استفاده کردند
.3مواد روش ها:
6 نمونه خاک از منطقه خشک جنوب کرمان با آب و هوای گرم و خشک انتخاب گردید. نمونههای خاک از داخل پروفیل 30-0 سانتیمتری برداشت شدند. از هر محل ده نمونه برداشت و به هم مخلوط و در نهایت یک نمونه ی مرکب به آزمایشگاه منتقل گردید و از الک 2 میلی متری عبور داده شد.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکها از قبیل بافت خاک به روش هیدرومتری و واکنش خاک توسط پی اچ متر و هدایت الکتریکی توسط هدایت سنج و غلظت سرب توسط دستگاه جذب اتمیک و فسفر با روش السن و دستگاه اسپکترومتر اندازهگیری گردید. و 200 گرم از هر خاک داخل گلدانهای پلاستیکی ریخته و در آزمایشگاه در دمای 25 2 درجه سانتیگراد نگهداری شده اند. آبیاری آنها با آب مقطر تا رسیدن به حد ظرفیت زراعی مزرعه انجام شد. پس از پایان یک ماه نگهداری از خاک این گلدانها نمونه برداری شد.
یک گرم خاک را در بشر00های پیریکس حاوی 20 میلی لیتر محلولهای سرب240 - ،120،60،30،10،0 میلی گرم بر کیلوگرم - و محلول زمینه کلرید کلسیم یک درصد نرمال برای جلوگیری از فعالیتهای میکروارگانیسمها اضافه شد و چند قطره تولوئن نیز به محلول اضافه گردید. و به مدت 24ساعت در دمای 25 2 درجه سانتیگراد شیکر شدهاند. و بعد از شیکر نمونهها با کاغذ صافی واتمن42 عصاره گیری و سانتریفیوژ شده اند و در نهایت غلظت سرب با دستگاه جذب اتمیک ابروزیشن اندازه گیری شد. دادههای هم دماهای جذب سطحی با استفاده از معادلات لانگمویر برازش شده اند. طرح به صورت فاکتوریل در قالب کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام گردید.
