جذب سطحي رقابتي آرسنات و فسفات روي كلسايت

Competitive Adsorption of Arsenate and Phosphate on Calcite

كلسايت، پايدارترين شكل كربنات كلسيم در خاك، يكي از اجزاي مهم فاز جامد خاك­ هاي مناطق خشك و نيمه‌خشك است. اين كاني بر رفتار شيميايي يون­ها از جمله اكسي آنيون­ها و فلزات انتقالي در خاك اثرات مهمي دارد. آرسنات و فسفات از اكسي آنيون­هاي مهم در سيستم­هاي طبيعي نظير خاك هستند و به دليل تشابه يوني، معمولاً براي بار سطحي ذرات كلوييدي خاك از طريق واكنش‌هاي جذب سطحي و رهاسازي به شدت با هم رقابت مي‌كنند. با توجه به اهميت اين واكنش در كنترل غلظت تعادلي آرسنات و فسفات در خاك، در اين تحقيق جذب سطحي آرسنات روي كاني كلسايت در غلظت‌هاي مختلف آرسنات و در قدرت­­هاي يوني مختلف و در رقابت با فسفات بررسي و با مدلي شيميايي توصيف شد. همچنين رفتار باري كلسايت به روش تيترسنجي اسيد و باز در قدرت­هاي يوني مختلف اندازه­ گيري گرديد. بر اساس داده هاي تيتراسيون، نقطه صفر بار الكتريكي كاني در pH2/8 تعيين شد. هم دما­هاي جذب سطحي آرسنات نشان داد كه جذب سطحي آرسنات متأثر از قدرت يوني و غلظت اوليه آن است. در قدرت­هاي يوني كم، جذب سطحي آرسنات حداكثر بود و با افزايش قدرت يوني از مقدار آن كاسته شد. جذب سطحي آرسنات با افزايش غلظت فسفات كاهش يافت اما آرسنات تأثيري بر جذب سطحي فسفات نداشت كه نشان مي‌دهد فسفات قوي‌تر از آرسنات جذب سطحي كلسايت مي‌شود. داده­هاي آزمايشي با مدل شيميايي CD-MUSIC توصيف و پيش‌بيني گرديدند. مدل داده­ها را با در نظر گرفتن دو كمپلكس درون كره­اي سطحي ≡Ca2O2AsO2 و ≡Ca2O2PO2 با دقت بالا (R2=0.998) توصيف كرد. به‌طور كلي نتايج آزمايشي و ضرايب مدل نشان داد كه برهم‌كنش بسيار قوي‌تر فسفات با كلسايت موجب افزايش زيست‌فراهمي آرسنات و تحرك آن در خاك‌هاي آهكي مي‌شود.

Calcite, the most stable calcium carbonate in soil, is a major part of soil solid phase in arid and semiarid regions. This mineral significantly affects the chemical behavior of ions including oxyanions and transition metal ions in the soil. Arsenate and phosphate are two important oxyanions in natural systems like soil and because of similar ionic properties strongly compete for the colloids surface charge via adsorption and desorption reactions. Because of the importance of this reaction in controlling the equilibrium concentrations of arsenate and phosphate in soil, in this research, arsenate adsorption on calcite was measured and modeled as a function of arsenate concentration and ionic strength and also in competition with phosphate. In addition, charging behavior of calcite was measured by acid-base titration at various ionic strength. Based on the titration data, calcite point of zero charge (PZC) was obtained at pH=8.2. Adsorption isotherms showed that arsenate adsorption is affected by the ionic strength and the initial concentration of arsenate. Adsorption of arsenate was high at low ionic strength and was decreased with increasing the ionic strength. Arsenate adsorption was also decreased with increasing phosphate concentration, but arsenate had no effect on phosphate adsorption indicating phosphate is adsorbed stronger than arsenate on calcite. The experimental data were successfully (R2=0.998) described with a single set of parameters by CD-MUSIC model, considering two inner sphere surface complexes ≡Ca2O2AsO2 and ≡Ca2O2PO2. Overall, the experimental data and model parameters implied that the stronger interaction of phosphate with calcite increases bioavailability and mobility of arsenate in calcareous soils.