پديد آورندگان :
نجفي، زهرا دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك، زنجان , گلچين، احمد دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك، زنجان , عسكري، محمد صادق دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك، زنجان , علمداري، پريسا دانشگاه زنجان - گروه علوم خاك، زنجان
كليدواژه :
آلودگي خاك , فلز سنگين , عصاره‌گيري دنباله‌اي , جاذب
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: با آغاز انقلاب صنعتي، آلودگي آب و خاك توسط فلزهاي سنگين شتاب بيشتري يافته و تلاش براي پاكسازي و رفع اين آلودگي‌ها به يكي از مشكلات عمده‌ي جوامع بشري تبديل شده است. روش‌هاي مختلفي براي اصلاح محيط‌هاي آلوده به فلزهاي سنگين وجود دارد كه استفاده از جاذب‌ها براي جذب فلزهاي سنگين از جمله‌ي آن‌ها مي‌باشد. استفاده از روش جذب علاوه بر مؤثر و سريع بودن، از نظر فني روشي ساده، از نظر محيط زيستي روشي سالم و امن و از نظر هزينه نيز روشي مقرون به‌صرفه مي‌باشد. در سال‌هاي اخير از ميان جاذب‌هاي مختلف فلزهاي سنگين، استفاده از كامپوزيت‌هاي پليمري، به‌دليل كارايي بالاتر نسبت به جاذب‌هاي خالص، توجه پژوهش-گران بسياري را به خود جلب نموده است. كامپوزيت‌هاي كيتوسان از جمله‌ي آن كامپوزيت‌هاي پليمري هستند كه با توجه به خصوصياتشان مي‌توانند توانايي بالايي براي جذب فلزهاي سنگين در محيط‌هاي آلوده داشته باشند. كامپوزيت‌هاي كيتوسان اغلب براي حذف فلزهاي سنگين از پساب‌هاي صنعتي استفاده شده است امّا كارايي اين جاذب‌ها در غير متحرك كردن فلزهاي سنگين در محيط خاك مورد مطالعه قرار نگرفته است. با توجه به تنوع زياد اين كامپوزيت‌ها و سازگاري بالاي آن‌ها با محيط زيست، پژوهش حاضر با هدف مقايسه‌ي كارايي جاذب‌هاي خالص و كامپوزيت‌هاي مختلف كيتوسان در تثبيت فلز سنگين كادميم در خاك به‌اجرا در آمد.
مواد و روش‌ها: براي اين منظور يك آزمايش فاكتوريل در قالب طرح كاملاً تصادفي، به‌صورت گلداني، در شرايط گلخانه و با سه تكرار به اجرا در آمد. فاكتورهاي مورد بررسي عبارت بودند از سطوح كادميم خاك شامل صفر، 8، 25 و 75 ميلي‌گرم بر كيلوگرم و نوع جاذب شامل كيتوسان، بيوچار، زئوليت و نانو مگنتيت خالص و كامپوزيت‌هاي كيتوسان- بيوچار، كيتوسان- زئوليت، كيتوسان- مگنتيت و تيمار فاقد جاذب به‌عنوان شاهد. در ضمن هر يك از جاذب‌ها در سطح نيم درصد وزني مصرف شدند. براي تهيه‌ي نمونه‌هاي خاك با سطوح مختلف كادميم از مقادير متفاوت كادميم سولفات استفاده گرديد و نمونه‌هاي آلوده شده با كادميم براي رسيدن به تعادل نسبي به مدت دو ماه خوابانيده شدند. پس از سپري شدن مدت زمان دوماه، نمونه‌ها با جاذب‌هاي مختلف تيمار گرديدند و به مدت دو ماه ديگر نيز خوابانيده شدند. در پايان دوره‌ي خوابانيدن مقدار كادميم قابل استخراج با DTPA و همچنين شكل-هاي شيميايي آن در خاك تعيين گرديد.
يافته‌ها: نتايج به‌دست آمده نشان دادند كه كاربرد جاذب‌ها در خاك باعث كاهش غلظت كادميم قابل استخراج با DTPA گرديد. همچنين نتايج نشان دادند كه كامپوزيت‌هاي كيتوسان نسبت به كيتوسان، بيوچار، زئوليت و نانو مگنتيت خالص توانايي بالاتري در غير‌متحرك كردن كادميم در خاك داشتند و بيشترين توانايي براي غير‌متحرك كردن كادميم مربوط به كامپوزيت كيتوسان- مگنتيت بود. ميزان كاهش كادميم قابل استخراج با DTPA در اثر مصرف كيتوسان، بيوچار، نانو مگنتيت و زئوليت خالص نسبت به تيمار شاهد به‌ترتيب برابر با 26/11، 19/38، 18/00 و 7/71 درصد و براي كامپوزيت‌هاي كيتوسان- مگنتيت، كيتوسان- بيوچار و كيتوسان- زئوليت برابر با 34/02، 32/04 و 30/56 درصد بود. نتايج عصاره‌گيري دنباله‌اي در سطح آلودگي 75 ميلي‌گرم كادميم بر كيلوگرم خاك نيز نشان داد كه كاربرد جاذب‌ها به‌طور معني‌داري شكل‌هاي محلول + تبادلي و متصل به كربنات‌هاي كادميم را در مقايسه با تيمار شاهد كاهش و شكل‌هاي پايدارتر آن شامل متصل به اكسيدهاي آهن و منگنز، متصل به مواد آلي و باقيمانده را افزايش داد.
نتيجه‌گيري: با توجه به نتايج مي‌توان نتيجه گرفت كه پوشش‌دار كردن جاذب‌هاي خالص با كيتوسان با ايجاد مكان-هاي جذبي بيشتر باعث كاهش بيشتر تحرك كادميم در خاك‌هاي آلوده مي‌گردد و كارايي آن‌ها را در غير‌متحرك كردن كادميم افزايش مي‌دهد. همچنين مشاهده گرديد كه از ميان كامپوزيت‌هاي به كار رفته در اين آزمايش بيشترين توانايي براي كاهش غلظت كادميم قابل جذب مربوط به كامپوزيت كيتوسان- مگنتيت بود.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Contamination of soil and water by heavy metals have accelerated since the beginning of the industrial revolution. So cleaning up and removing of the contaminants is one of the major challenges of human societies. There are different methods for remediation of contaminated environments and adsorption and immobilization of heavy metals by the adsorbents is one of them. In addition to being effective and fast, the immobilization technique is simple, inexpensive, and environmentally safe. In recent years, the use of polymeric composites, among the various adsorbents of heavy metals, has attracted the attention of many researchers due to their higher efficiency in comparison of pure adsorbents. Chitosan composites are among those polymeric composites that, due to their properties, can have a high ability to absorb heavy metals in contaminated environments. Chitosan composites have often been used to remove heavy metals from industrial wastewater, however, the efficiency of these composites in immobilization of heavy metals in soils has not been studied. Due to the great variety and environmental safety of these composites, this study aimed to investigate the efficiency of pure and chitosan coated adsorbents in immobilization of soil cadmium.
Materials and methods: For this purpose, a pot factorial experiment was conducted in greenhouse conditions using a completely randomized design and three replications. Factors studied were soil cadmium levels (0, 8, 25 and 75 mg/kg soil) and types of adsorbent including pure chitosan, biochar, zeolite and nanomagnetite and composites of chitosan- biochar, chitosan- zeolite and chitosan- magnetite and control (without adsorbents). Each adsorbent was applied to soil at the rate of 0.5% W/W. Uncontaminated soil samples were spiked with different amounts of cadmium sulfate and incubated for two months to achieve relative equilibrium. After two months the samples were treated with different adsorbents and incubated for another two months. Then the amounts of DTPA extractable cadmium and its different chemical forms were determined.
Results: The results showed that the application of adsorbents to soil decreased the concentrations of DTPA extractable cadmium. The results also showed that chitosan composites had higher ability for immobilization of cadmium in the soil than the pure chitosan, biochar, zeolite and nanomagnetite and the highest cadmium immobilization ability was observed for the composite of chitosan- magnetite. Reductions in DTPA- extractable cadmium for pure chitosan, biochar, nanomagnetite, and zeolite were 26.11, 19.38, 18.00 and 7.71% and for composites of chitosan- magnetite, chitosan- biochar and chitosan- zeolite were 34.02, 32.04 and 30.56% respectively when compared to the control treatment. Sequential extraction at the contamination level of 75 mg Cd/kg soil also showed that the use of adsorbents significantly reduced the soluble + exchangeable and carbonate forms of cadmium compared to the control treatment and increased its more stable forms including iron and manganese oxide, organic matter and residue fractions.
Conclusion: According to the results, it can be concluded that coating the pure adsorbents with chitosan by creating more adsorption sites reduces the cadmium mobility in the soils and increased the efficiency of pure adsorbents in the immobilization of cadmium. It was also observed that among the composites that used in this experiment, the highest ability to reduce the cadmium concentration was related to the chitosan-magnetite composite.
