حذف فلزات سنگین از محلولهای آبی و کاهش آبشویی و زیست فراهمی آنها از خاک با استفاده از نانو ذرات سنتزی

فلزات سنگین برای گیاهان و انسان سمی می¬باشند. فلزات سنگین به دلیل عدم تجزیه پذیری در محیط دوام و پایداری دارند. بنابراین نیاز به روشهایی برای حذف فلزات از منابع آب و خاک توجه زیادی را به خود جلب نموده است. اما فقط تعدادی از این روش ها کاربردی و مقرون به صرفه می باشند. در میان این روشها، جذب شیمیایی یکی از کاربردی ترین آنها است. در دهه اخیر، ذرات نانو به دلیل ظرفیت جذب و سطح ویژه بالا، سطوح اشباع نشده، اندازه کوچک و کاربرد آسان به عنوان جاذب جدید مطرح میباشند. لذا آنها می توانند به عنوان یک حذف کننده موثر در خاک و آب مورد ارزیابی قرار گیرند. به منظور بررسی اثر ذرات اکسیدی نانوی: آهن (fe)، آلومینیوم ) (al، تیتانیوم ) (ti، مس (cu)، روی (zn) و منیزیم (mg) در حذف فلزات سنگین از آب و خاک، این تحقیق در 3 بخش کلی طراحی شد. در بخش اول جذب فلزات سنگین کادمیوم، مس، نیکل و سرب از محلولهای آبی توسط ذرات نانوی مذکور با تغییر شرایط آزمایشگاهی شامل: پ هاش، وزن جاذب، زمان تماس، ایزوترمهای جذب و تکنیکهای دستگاهیsem ،tem و xrd انجام گردید. همچنین بر اساس شرایط آزمایشهای مجاورتی، ارزیابی ظرفیت جذب از طریق ایزوترم های جذبی در محلولهای ساده و رقابتی فلزات سنگین مطالعه گردید. میزان حداکثر جذب (4 فلز) برای ذرات اکسیدهای منیزیم، روی، مس، آلومینیوم، آهن و تیتانیوم در محیط های آبی به ترتیب: 0/594، 6/360، 6/114، 5/114، 0/73 و 4/49 میلی¬گرم در گرم جاذب تعیین شد. معادله فروندلیچ در غالب موارد به جزء سرب بر داده¬های جذب برازش یافت. مدل های سینتیکی جذب مرتبه اول و شبه مرتبه دوم توانست داده های سرعت جذب را توجیه کند. همچنین توسط مدل minteq اثر پ هاش در جذب فلزات سنگین در حالت غیر رقابتی شبیه سازی گردید. نتایج نشان داد که مدل غشاء مضاعف پخشیدگی تا حدودی و به ویژه در پ هاش های بالا توان شبیه سازی اثر پ هاش را در جذب داراست. مطالعات sem-edx قبل و بعد از تیمار با فلزات سنگین و همچنین شاخص اشباع اکسید منیزیم و روی بدست آمده از مدلminteq نشان داد که بخشی از مکانیزم جذب برای فلزات سنگین شامل جذب سطحی و رسوب می باشد. در حالیکه در بقیه جاذب ها مکانیزم بیشتر جذب سطحی است. از بین جاذب های مذکور اکسید منیزیم و روی به دلیل ظرفیت بالای جذب به عنوان بهترین جاذب پیشنهاد شدند. در مرحله دوم تحقیق، سطوح ذرات اکسید روی و آلومینیوم را توسط هومیک اسید (zn-h و al-h )، عصاره پوست گردو (zn-w وal-w) و ماده شیمیایی 1 و 5 دی فنیل کاربازون (zn-c و al-c) اصلاح نمودیم. سپس خصوصیات ذرات اصلاح شده مجددا توسطedx ،sem ، xrd وft-ir مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تمامی ذرات دارای قطر کمتر از 100 نانومتر بودند. سپس در شرایط مجاورتی میزان جذب در محلولهای ساده و رقابتی فلزات کادمیوم، مس و نیکل مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعات جذب نشان داد معادله مناسب در اکثر موارد لانگ مویر می باشد. در خصوص معادلات سینتیکی نیز معادله شبه مرتبه دوم به خوبی بر داده¬ها برازش یافت. تجزیه های اسپکتروسکوپی همانند sem-edx و شاخص اشباع نشان داد که بخشی از مکانیزم جذب مس در کلیه ذرات اصلاح شده روی (zn-h،zn-w و zn-c) علاوه بر جذب سطحی، رسوب نیز می باشد. در میان جاذب های اصلاح شده، جاذب zn-w به عنوان جاذب اختصاصی کادمیوم و جاذب های zn-h و zn-c به ترتیب به عنوان جاذب اختصاصی نیکل و مس در حالت غیر رقابتی مشخص گردیدند. در مرحله سوم تحقیق ذرات 8 گانه زیر جهت مطالعات مجاورتی به منظور تثبیت شیمیایی فلزات سنگین در محلول های ساده و رقابتی فلزات مذکور در یک خاک لومی شنی انتخاب شدند. در ایزوترم های جذب، معادله فروندلیچ در اکثر تیمارها روند جذب را توجیه نمود. در مطالعات انکوباسیون در دامنه زمانی 56 روز ، در آغاز (24 ساعت) و پایان انکوباسیون (56 روز) در حضور ذرات نانو در مقایسه با نمونه شاهد، تغییرات قابلیت آبشویی و زیست فراهمی بررسی گردید. تغییرات قابلیت آبشویی و زیست فراهمی از طریق تست های pbetوtclp مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد در اکثر تیمارهای اصلاحی هم اثر تیمار و هم گذشت زمان موجب کاهش قابلیت آبشویی و زیست فراهمی گردید. همچنین در آزمون جزء بندی گذشت زمان و اصلاح کننده ها در بیشتر موارد باعث کاهش جز تبادلی، آلی و کربناتی و افزایش جز اکسیدی و باقیمانده گردیدند. در مطالعات ستونی فاکتور تاخیر rf)) به منظور تخمین سرعت حرکت مواد محلول از طریق منحنی های رخنه، ضریب توزیع و مدل phreeqcمحاسبه شدند. در میان 4 ذره اصلاح کننده (zn، zn-h ، mg و mg-h) در داخل ستونهای خاک و با فلزات سنگین کادمیوم و نیکل در حالت محلول ساده و رقابتی کمترین rf و بیشترین تحرک فلزات مربوط به اصلاح کننده zn-h در حالت رقابتی کادمیوم و نیکل بود. به طور کلی پدیده جذب در ستون های آبشویی میتواند به جذب اختصاصی، غیر اختصاصی و پدیده رسوب مربوط باشد. لذا این اصلاح کننده ها به ویژهmg و mg-h به دلیل ظرفیت بالای جذب دارای پتانسیل اصلاح کنندگی مطلوبی بودند. ضمنا با استفاده از مدل phreeqc منحنی های رخنه فلزات سنگین تیمار شده با ذرات نانو شبیه سازی گردید. نتایج نشان داد در اکثر موارد به جزء نیکل و اکسید منیزیم منحنی های مذکور با شرایط آزمایشگاهی هم پوشانی خوبی داشتند