بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق بررسی امکان استفاده از کانی فیبري پالیگورسکایت بعنوان یکی از کانیهاي رسی، در جهت نیل به اهداف کشاورزي پایدار است. بدون شک از اهداف مهم هر کشوري نیل به توسعه پایدار از جمله در امر کشاورزي است. افزایش آلاینده ها در آبهاي زیرزمینی از معضلات مهم در امر کشاورزي است که استفاده آنها را با مشکل مواجه ساخته است. عوامل آلوده کننده آب بسیار گوناگونند و میتوانند هم منابع آبهاي زیرزمینی و هم آبهاي سطحی را آلوده کرده و اینگونه کشاورزي ما را به مخاطره بیاندازند.
کانیهاي رسی از جمله پالیگورسکایت بدلیل سطح ویژه بالا نقش مهمی در ایموبیلیزه کردن و جلوگیري از انتقال این آلاینده ها دارا است. با توجه به اینکه در کشور منبع طبیعی خوبی از این کانی به چشم میخورد، استفاده از این کانی میتواند باعث بهبود امر کشاورزي گردد. بدلیل بار سطحی بالا و سطح ویژه بسیار زیاد، این کانی براي هدف مورد نظر انتخاب شده است. بررسی جذب فلزات سنگین خطرناك از جمله سرب، نیکل، کادمیوم، جیوه و...در طی تحقیقات بسیار زیاد توسط کانی پالیگورسکایت صورت گرفته است. شرایط محیطی، ویژگیهاي کانی و عنصر جذب شونده بر میزان جذب آنها اثرگذار است.
میزان جذب صورت گرفته با کمک معادلات شیمیائی لانگمیر و فروندلیخ برآورد می گردد. در جهت مشاهده عنصر جذب شده بر روي سطح خارجی کانی از مطالعات میکروسکوپی SEM و TEM استفاده میشود. عوامل اسیدیته خاك، گرماي محیطی، اندازه ذرات کانی و قدرت یونی محلول موجود، بر میزان جذب عنصر جذب شونده اثرگذار است. تحقیقات نشان داده است که تیمار حرارتی کانی، داراي میزان جذب بالاتري نسبت به کانی طبیعی است. نتایج نشان داده که معادلات لانگمیر از همبستگی بالاتري برخوردار بوده است.
-1 مقدمه
-1-1 ویژگیهاي کانی پالیگورسکایت:
نظر به اینکه کانی پالی گورسکایت در محیطهاي با نسبت Mg/Ca بالا و نیز واکنش بالا تشکیل میشود، لذا وجود سه شرط زیر براي تشکیل این کانی در ایران قابل ذکر است: -1 افزایش نسبت Mg/Ca بر اثر تبلور گچ در دریاچههاي بسته داخلی ایران -2 افزایش واکنش محیط بر اثر اقلیم گرم ترشیاري -3 افزایش میزان Si محلول بر اثر وجود محلولهاي گرمایی غنی از این عنصر در زمان تشکیل کانی پالی گورسکایت. کانی پالی گورسکایت در محیطهاي دریائی، محیطهاي هیدروترمال و محیطهاي دریاچهاي قلیائی تشکیل می شود.
این کانی در نمودارهاي پراش ایکس توسط پیک رده اول 1/4 تا 1/5 نانومتر که گاهی با ایلیت به صورت دو شاخه در میآید و نیز پیک رده دوم 0/64 نانومتر شناسایی میشود. مهمترین ویژگی این کانی وجود سطح داخلی و خارجی بالاي آن که به ترتیب 300 و 600 مترمربع بر گرم می باشد. سطح ویژه زیاد این کانی منجر به استفاده آن براي جذب بسیاري از آلاینده ها و فلزات سنگین شده است.
اقلیم خشک فعلی و همراهی گچ و آهک شرایط را براي تشکیل و پایداري پالیگورسکایت فراهم میکند. بیشترین فراوانی آن در ایران در مناطق مرکزي جنوب و جنوب شرقی گزارش شده است. شرایط خشک باعث پایداري این کانی در نواحی مذکور میشود. گزارشهاي بسیاري در استانهاي فارس - ابطحی، - 1980، - هاشمی و همکاران، - 2013، اصفهان - خادمی و همکاران، - 1998، خراسان - کریمی و همکاران، 2009 - و کرمان - فرپور و همکاران، - 2002 حضور و پراکنش این کانی را نشان داده است.
-2-1 آلاینده هاي کشاورزي
آب یکی از مهم ترین عامل حیات موجودات زنده است، از این نظر جلوگیري از آلودگی آب نیز به همان نسبت مهم و مورد توجه است. عوامل آلوده کننده آب بسیار گوناگونند و میتوانند هم منابع آبهاي زیرزمینی و هم آب هاي سطحی را آلوده کنند و به اینگونه کشاورزي ما را به مخاطره بیاندازند. کشاورزان براي افزایش رشد محصولات و جلوگیري از آسیب حشرات از کودها و حشره کشها استفاده میکنند. مواد شیمیایی در این ترکیباتممکن است نهایتاً به آب هاي زیرزمینی راه یابد. این نوع آلودگی به انواع و مقادیر مواد شیمیایی مورد استفاده و کاربرد آنها بستگی دارد.
شرایط محیطی محلی مانند نوع خاك یا میزان بارش باران و برف فصلی نیز بر این نوع آلودگی موثر است. بسیاري از کودها حاوي اشکالی از نیتروژن هستند که میتواند به صورت ماده ي زیانبار نیترات در آید. این نیترات به سایر منابع نیترات که در بالا ذکر شد اضافه میشود. برخی از سیستمهاي زهکشی زیرزمینی در کشاورزي، کودها و آفت کشها را در خود جمع میکنند. این آب آلوده میتواند باعث آلودگی آبهاي زیرزمینی و نهرها و رودخانههاي محلی شود.
میزان مشکل ایجاد شده به مقدار و نوع ماده شیمیایی مورد استفاده، براي این کار بستگی دارد. همچنین نوع خاك و مقدار آبی که از خاك میگذرد در میزان آلودگی موثر است. یکی دیگر از منابع مهم آلودگی آبها فاضلابهاي کشاورزي است. در این فاضلابها سموم کشاورزي مانند هیدروکربن هاي هالوژنه - DDT - و ترکیبات فسفر دار نظیر پاراتیون وجود دارد. مخصوصاً ترکیبات هالوژنه که بسیار خطرناك هستند. هنگامی که توأم با کشاورزي، در لایههاي زمین نفوذ نمایند یا به بیرون از محیط کشاورزي هدایت شوند باعث ایجاد فاضلابهاي کشاورزي فوق العاده خطرناك میشوند.
-2 کاربرد کانی پالیگورسکایت در صنعت
پالیگورسکایت بعنوان جذب کننده آلاینده هاي نظیر فلزات سنگین، آلاینده هاي معدنی و بسیاري از ترکیبات آلی فاضلابها بکار می رود. در صنعت ساخت سرامیک، براي ساخت داروها، پاك کننده ها استفاده می گردد. این رسها در صنعت مورد استفاده زیادي قرار میگیرند. از جمله اینکه ظرفیت جذب بالایی براي مولکولهاي آلی دارند - شریعتمداري و همکاران، . - 1999 فیلوسیلیکاتهاي اسمکتیت، پالیگورسکایت و سپیولیت در صنایع ساخت دارو کاربرد دارند. از جمله آلاینده هاي محیط زیست وجود فلزات سنگین اند که بسیار در فاضلابها وجود داشته و میتواند در چرخه مواد غذایی وارد شوند و خطرات بسیار را براي سلامت بشر ایجاد کنند. پالیگورسکایت در کاهش این آلاینده ها در محیط نقش بسزا دارد.
-3 کاربرد کانی پالیگورسکایت در کشاورزي
عوامل آلاینده مهمی در کشاورزي به چشم میخورد که حاصل کاربردهاي بی رویه کودهاي شیمیائی، آفت کشها و علف کشها هستند. توسعه پایدار و ایجاد امنیت غذایی در بحث تولیدات کشاورزي امکانپذیر نمی باشد مگر آنکه سیاستهایی را در جهت بهبود این پارامترها در نظر گرفت. کاهش این آلاینده ها از مهمترین راهکارهاي است که بایستی براي رسیدن به خاك و آبی خالص براي کشت پیش رو گرفت. تحقیقات در زمینه هر کدام از این آلاینده ها توسط محققان بسیار صورت گرفته است. از جمله:
-1 هومیک اسید: از جمله مواد آلی مهم در طبیعت است و با توجه به اینکه امروزه نیز در کشاورزي از آن استفاده بسیار میگردد لذا میزان غلظت آن در آبهاي زیرزمینی از20 تا 30 میکروگرم بر لیتر در آبهاي سطحی تغییر میکند. روشهاي زیادي براي حل این مسئله وجود دارد از جمله کلر زنی آبها، استفاده از تصفیه غشایی و اکسیداسیون. اما هر کدام تا حدودي محدودیت دارند. پالیگورسکایت با اندازه 0/025 تا 0/075 میلیمتر ماکزیمم جذب هومیک اسید تا 17 میلی گرم بر لیتر را دارا است. بیشترین جذب هومیک اسید در pH کم و قدرت یونی بالا صورت میگیرد.
طی مطالعات انجام شده در تحقیق اخیر، نشان داده شده است که غلظت هومیک اسید در آب پس از جذب بوسیله کانی فیبري از 20 میلی گرم بر لیتر به 2/6 میلی گرم بر لیتر کاهش یافته است. که این میزان بسیار پائین تر از حد استاندارد آن در آبهاي زیرزمینی 3 - میلی گرم بر لیتر - می باشد. منحنی هاي حاصل از XRD بخوبی میزان جذب هومیک اسید را بر روي سطوح خارجی پالیگورسکایت نشان میدهد.
-2 سرب: وجود فلزات سنگینی که متاسفانه در کشور بدلیل مجاورت اراضی کشاورزي در مراکز صنعتی و معادن در آبهاي آبیاري وارد میشوند از جمله سرب که بسیار سمی می باشد، تهدیدي جدي براي سلامت انسان و محیط زیست است. سرب به دو روش وارد بدن انسان و حیوانات میشود و در آنها مسمومیت ایجاد میکند؛ یکی از طریق ورود به زنجیره غذایی از راه تغذیه از عناصر این زنجیره و دیگري از طریق تنفس هواي آلوده به سرب. لذا حضور این عنصر در آب و جذب بوسیله گیاهان بخصوص سبزیجات میتواند از راههاي مهم ورود آن به بدن انسان باشد.
پالیگورسکایت براحتی میتواند مقادیر بسیاري سرب را از آبها جذب نماید. این میزان جذب بسیار زیاد به مقدار اسیدیته خاك و به مقادیر کمتر به قدرت یونی وابسته است. مطالعه کیاهوي و همکاران - 2009 - با کمک مدلهاي لانگمیر بخوبی این جذب را نشان داده است. استفاده از رس طبیعی پالیگورسکایت براي خروج سرب توسط هو و ایکین - 2007 - نیز نشان داده شده است. با افزایش زمان تماس و پ هاش سوسپانسیون و اندازه ذرات کانی میزان جذب سرب بالا می رود.
-3 کادمیوم: طی مطالعه ونجی و همکاران - 2007 - در چین، نشان داده شده است که با تیمار نمودن کانی با اسید میزان ظرفیت جذب کادمیوم افزایش می یابد. بطوري که تا 12 مول بر لیتر افزایش جذب را گزارش کرده اند. هم چنین با تیمار گرمائی کانی میزان جذب کادمیوم بیشتر میشود، این افزایش جذب تا دماي 300 درجه سلسیوس افزایش یافته و سپس ثابت باقی می ماند.
-4 فسفر: این عنصر بعنوان یکی از عناصر ضروري براي رشد گیاهان می باشد. اضافه نمودن زیاد این عنصر از طریق کودهاي شیمیائی منجر به افزایش آن در آبهاي زیرزمینی شده است. روشهاي بسیاري براي حذف این عنصر از آبها و زائدات وجود دارد.
