ارزيابي تاثير كاربرد نانوهيدروكسي‌آپاتيت بر تثبيت كادميم در يك خاك آهكي آلوده

Evaluation of Influence of Nano-Hydroxyapatite Application on the Cadmium Immobilization in Contaminated Calcareous Soil

سابقه و هدف: كادميم يكي از متداول‌ترين آلاينده‌هاي زيست ‌محيطي است كه مي‌تواند اثر نامطلوبي بر روي همه ارگانيسم‌هاي زنده داشته باشد. از اين رو يك روش پالايشي صحيح براي كاهش فراهمي فلز در خاك مورد نياز است. از آنجا كه نانومواد واكنش‌پذيري و ظرفيت جذب سطحي بيشتري نسبت به همان مواد در اندازه معمولي دارند، از اين رو با گسترش كاربردهاي مختلف نانوفناوري در زندگي بشر، ارزيابي كارايي نانوذرات در پالايش خاك‌هاي آلوده مورد توجه محققان قرار گرفت. با اين حال تا كنون در مورد امكان تثبيت فلزات سنگين بوسيله نانوهيدروكسي‌آپاتيت (nHAP) در خاك‌هاي آهكي گزارشي منتشر نشده است. به اين منظور آزمايش حاضر با هدف بررسي تاثير كاربرد nHAP بر تثبيت كادميم در يك خاك آهكي آلوده طراحي شد. مواد و روش‌ها: اين آزمايش در قالب طرح كاملا تصادفي به‌صورت آزمايش فاكتوريل با 3 تكرار انجام شد. ابتدا خاك در سه سطح كادميم (صفر، 20 و 40 ميلي گرم بر كيلوگرم خاك با استفاده از نمك كلريد كادميم) آلوده و به مدت يك ماه در رطوبت 70 % ظرفيت زراعي نگهداري شد. سپس nHAP در سه سطح (صفر، 25/0 و 1 درصد) به نمونه‌هاي خاك اضافه شد. پس از 30 روز خواباندن، گونه‌بندي كادميم با استفاده از عصاره‌گيري متوالي و قابليت جذب كادميم در خاك با عصاره‌گير DTPA مورد بررسي قرار گرفت. براي بررسي تاثير nHAP در شدت پيوند كادميم با خاك و تحرك كادميم در خاك از نمايه تفكيك كاهش يافته (IR) و فاكتور تحرك استفاده گرديد. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه كاربرد nHAP غلظت كادميم را در بخش تبادلي و آلي كاهش و در بخش كربناتي بطور معني‌داري افزايش داد اما بر مقدار كادميم در بخش باقي‌مانده تاثير معني‌داري نداشت. نتايج استخراج كادميم با DTPA نشان داد كه در سطح 40 ميلي‌گرم بر كيلوگرم كادميم، كاربرد هر دو سطح nHAP غلظت كادميم قابل جذب را بطور معني‌داري كاهش داد. با افزايش مقدار مصرفي nHAP، كارايي آن در كاهش فراهمي كادميم افزايش يافت. البته مقدار كاهش كادميم قابل فراهم در خاك چشمگير نبود. نتايج همچنين نشان داد كه با افزايش سطوح nHAP و كادميم، مقدار IR افزايش يافت كه افزايش IR بيانگر كاهش قابليت استفاده و تحرك كادميم در خاك است. كاربرد nHAP سبب كاهش معني‌دار فاكتور تحرك يعني موجب كاهش تحرك و خطر زيست‌ محيطي كادميم گرديد. نتيجه‌گيري: با توجه به نتايج بدست آمده مي توان بيان داشت كه اگرچه كاربرد nHAP تا حدودي سبب تثبيت و كاهش تحرك كادميم در خاك گرديد، اما به نظر مي‌رسد تاثير nHAP بر كاهش فراهمي كادميم چشمگير نبود. لذا بايد در مورد امكان استفاده اين ماده در سطح گسترده و اقتصادي بودن كاربرد آن بررسي‌هاي بيشتر صورت پذيرد.

Background and Objective: Cadmium (Cd) is one of the most common soil pollutants that can adversely affect all living organisms Therefore, proper remediation is necessary to reduce metal availability in soil. Owing to nano-material with higher reactivity and adsorption capacity than ordinary-sized materials, with the development of various nanotechnology applications in human life, the evaluation of the effectiveness of nanoparticles in remediation of polluted soils has been considered by researchers. However up to now it has been not reported information about heavy metal immobilization by nHAP in calcareous soils. This experiment was conducted to investigate efficiency of nHAP on stabilization of Cd in polluted soil. Materials and Methods: This experiment was conducted in a completely randomized design with factorial arrangement and three replications. First the soils were contaminated with Cd at three levels (0, 20 and 40 mg kg-1 using CdCl2) and then were incubated for one month in 70% field capacity. Then nHAP was applied to soils at three levels (0, 0.25 and 1%). After 30 days incubation, Cd was fractionated by sequential extraction and analyzed for DTPA extractable form. To quantify the effect of nHAP in binding intensity and mobility of loaded Cd, the reduced partition index (IR) and mobility factor were used. Results: The results of sequential extraction showed that nHAP application significantly reduced concentration of Cd in the exchangeable and organic fraction and increased in the carbonate fraction. But there was no change for Cd in the residual fraction. The results of extraction with DTPA experiment indicated that at 40 mg kg-1 of Cd both of the levels of nHAP decreased DTPA-extractable Cd, but at 20 mg kg-1 of Cd, addition of nHAP at 0.25 % level did not significantly reduced concentration of DTPA extractable Cd. It was also found that efficiency of nHAP increased when Cd loading quantities to soils increased. However the role of nHAP in the reducing of bioavailability was not very large. The results also illustrated that the IR value increased when Cd and nHAP loading quantities to soils increased, demonstrating a decrease in the mobility of Cd in mobile fractions. Application of nHAP caused reduction of the mobility factor of Cd indicating decreasing availability and environmental risk of Cd. Conclusion: On the basis of results obtained in this study, it can be stated that although the nHAP addition has somewhat stabilized and reduced the mobility of Cd in the soil, it seems that the effect of nHAP on decreasing of Cd was not considerable. Therefore, further studies should be carried out more on the feasibility of application of nHAP at the widespread level and the economic status of its application.