مقایسه قابلیت نانورس ها و رس های استخراج شده از خاک های مختلف در تثبیت برخی عناصر سنگین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 دکتری خاکشناسی- ارزیابی اراضی و رده بندی خاک .دانشیار گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه تهران.

3 دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

سابقه و هدف: نانو رس‌ها و رس‌ها مهمترین اجزای سازنده زیست بوم‌های خاکی هستند که خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک به نوع و مقدار آنها وابسته می‌باشد. از این رو نقش مهمی را در کیفیت خاک ایفا می‌کنند. بسیاری از رس‌های موجود در خاک حداقل در یک بعد خود دارای ابعاد نانو می‌باشند. این مسئله موجب ایجاد قابلیت‌هایی در خاک می‌شود که از جمله آنها می‌توان به امکان تثبیت و نگهداری عناصر سنگین در آنها اشاره نمود. در بخش رس خاک‌های حاصل از خاکستر آتشفشانی از قبیل اندیسول‌ها، ساختار‌های متفاوتی از نانوذرات مانند آلومینوسیلیکات‌های دارای ساختار نانوگویچه (آلوفان) و نانولوله (ایموگولایت) وجود دارد. این ذرات نقش مهمی در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک‌های آتشفشانی، ذخیره مواد‌آلی، تثبیت فسفر، نگهداشت فلزات سنگین، نگهداری آب و فرایندهای بیوژئوشیمیایی ایفا می‌کنند. رهاشدن فلزات سنگین درون آب و خاک در نتیجه فعالیت‌های صنعتی و کشاورزی تهدید جدی برای محیط زیست می‌باشد. در این مطالعه جذب سرب و کادمیوم به منظور مقایسه قابلیت نگهداری این عناصر در رس و نانورس مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها: 12 نمونه از 5 پروفیل واقع در 3 منطقه با کانی‌شناسی رس مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند. پس ازحذف مواد آلی، املاح محلول، آهک و اکسیدهای‌آهن از خاک، رس خالص پس از اعمال تیمارهای لازم توسط دستگاه پراش پرتو ایکس مورد مطالعه قرارگرفته و پراش نگاشت‌های به دست آمده تفسیر شد. بخش رس و نانورس با روش‌های استاندارد خالص‌سازی و مقادیر نگهداشت عناصر کادمیوم و سرب در غلظت‌های صفر، 6/1، 3/8، 6/16 و 3/33 میلی‌گرم بر لیتر، و pH ثابت اندازه‌گیری شد. این تحقیق به بررسی نفش نانورس‌ها و رس‌ها بر جذب عناصر سنگین در pH ثابت می‌پردازد. برای رسیدن به این هدف میزان جذب سرب و کادمیوم توسط رس و نانورس طبیعی موجود در خاک پس از حذف عوامل سیمان کننده و جداسازی هر بخش با روش‌های استاندارد در pH برابر 6 مورد مطالعه قرار گرفت.
یافته‌ها: خاک‌های مورد مطالعه در دو رده اریدی‌سول و اندی‌سول طبقه‌بندی شدند. کانی‌شناسی خاک‌های مورد مطالعه نشان می‌دهد ترکیبی از کانی‌های اسمکتایتی، کلرایتی، ایلایتی و هیدروکسی بین لایه‌ای بخش عمده کانی‌های رسی این خاک‌ها را تشکیل می‌دهد. نتایج به دست آمده نشان داد که میزان نگهداشت عناصر سنگین مورد مطالعه بسته به نوع عنصر در خاک‌های مختلف متفاوت می‌باشد. در همه نمونه‌های اندیک و غیراندیک، با افزایش غلظت عناصر سنگین در محلول، مقدار نگهداشت افزایش یافت، ولی روند افزایش نگهداشت در نانورس شیب تندتری نسبت به رس نشان داد.
نتیجه‌گیری: میزان جذب کادمیوم در رس‌ها و نانورس‌های‌ مورد بررسی پس از رسیدن به غلظت 3/8 میلی‌گرم بر لیتر ، ثابت شد ولی میزان جذب سرب در غلظت‌های مورد مطالعه کماکان روند افزایشی نشان دادند. در بیشتر نمونه‌های مربوط به خاک‌های غیر اندیک میزان جذب به صورت (سرب> کادمیوم) و در خاک‌های اندیک نیز میزان جذب عمدتا به صورت (سرب >کادمیوم) مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison The Ability Of Nano-Clays And Clays Extracted From Different Soils In Retention of Some Heavy Metals

نویسندگان [English]

  • ahmad haidari 2
  • Gholam Bagheri Marandi 3

چکیده [English]

Background and objectives: nano-clays and clays are the most important components constructing soil ecosystems. Which The soil physical and chemical properties depend on their types and amounts. Therefore, they have a key role in soil quality. Most clays particles have nano size at least in one dimention. This characteristic of clay enriches some soil capabilities such as the heavy metals retention processes in soil. Clays separated from volcanic ash like Andisol, in clay size particles there are different structures of nano particles such as alominosilicats with nanoball and nanotube constriction. These particles play an important role in the physical and chemical properties of volcanic soils, stored organic matter, phosphorus stabilization, heavy metals retention, water and biogeochemical processes. Release of heavy metal onto the water and soil as a result of agricultural and industrial activities may pose a serious threat to the environment. In this study, the adsorption of Pb2+, Cd2+ has been studied in order to compare the ability of Nano-Clays And Clays separated from Different Soils in Retention of Some Heavy Metals.
Materials and Methods: Twelve samples taken from 5 pedons with different clay mineralogy in three regions around the city of Karaj were measured. After the removing organic material, the soluble salts, carbonates and iron oxides from the soils, pure clays were treated by x-ray diffractive device and diffractions were interpreted. clays and nano-clays were purified and measured retention of cadmium and lead in solutions with different concentrations, 0, 1.6, 8.3, 16.6 and 33.3 ppm, at constant pH. The aim of this research is to evaluation of the effect of soil components particularly clay and nano Clay on the absorption of heavy metal at constant pH. Therefore, we studied absorption amount of lead and cadmium by the clay and natural nanoclay soils after removing cement and seprating using standard methods, at pH 6.
Results: The soils were classified in two groups of Aridisol and Andisol. The current study showed that the bulk of soil mineralogy consist of combination of ilitic, cloritic, smectite and hydroxy inter layer minerals. Also the results showed that the heavy metals retention of soils depend on the different types of element. In all Andic and non-Andic samples, the retention capability showed significant enrichment with increasing heavy metals concentrations. But the trends of retention in nano-clays showed a steeper slope in comparison with clays.
Conclusion: Cadmium absorption of the samples(nano-clays and clays) stopped at 8/3 mg/lit, but lead absorotion. But lead absorption at studied cincentration was increased by increasing trend. The results indicated that in the most samples derived from non-Andic soils their absorption trend was as (Pb> Cd) and in the Andic soils it was (Pb> Cd).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Allophane
  • Andic properties
  • clay mineralogy
  • Pb retention
  • Cd retention