قابليت هاي ويژه نانورس ها به منظور استفاده در پروژه هاي ژيوتكنيك زيست محيطي براي جذب آلاينده هاي فلز سنگين

The Special Potential of Nano - Clays for Heavy Metal Contaminant Retention in Geo - Environmenetal Projects

علي رغم تحقيقات وسيعي كه در سال?هاي اخير در موضوع اندركنش خاك و آلودگي صورت گرفته‌است در زمينه افزايش قابليت نگهداري آلودگي توسط نانورس?ها تحقيقات قابل توجهي انجام نشده است. همچنين ارزيابي تحقيقات گذشته بيانگر آن است كه در پژوهش هاي انجام شده تاكنون، به قابليت هاي ويژه نانورس ها در جذب و نگهداري آلاينده هاي فلزي توجه كاملي معطوف نشده‌است. بر اين اساس هدف اين پژوهش اثبات ويژگي خاص نانورس ها در جذب و نگهداري آلاينده هاي فلز سنگين است. در اين راستا با انجام يك سري آزمايش هاي ژيوتكنيك زيست محيطي، رفتار ژيوتكنيك زيست محيطي چند نمونه نانورس و نيز فرآيند اندركنش نانورس- آلاينده فلز سنگين مورد مطالعه قرار گرفته‌است. به منظور مطالعه و مقايسه رفتار ژيوتكنيك زيست محيطي نانورس با بنتونيت و اثبات قابليت خاص نانورس ها در جذب و نگهداري آلاينده هاي فلز سنگين، درصدهاي مختلف كربنات به نمونه هاي نانورس مورد مطالعه اضافه شد. با انجام يك سري آزمايش هاي ژيوتكنيك زيست محيطي شامل آزمايش هاي قابليت جذب و نگهداري آلودگي بر نمونه هاي نانورس، قبل و بعد از اضافه نمودن كربنات، نشان داده شده‌است كه قابليت جذب بيشتر در نمونه بنتونيت در مقايسه با نمونه هاي نانورس صرفاً به واسطه درصد قابل توجه كربنات (8%) در اين نمونه است. به طوري كه نمونه هاي نانورس غني شده با اين ميزان كربنات از قابليت جذب بيشتري نسبت به نمونه بنتونيت برخوردارند. در اين مقاله همچنين فرآيند اندركنش آلاينده و نانورس به كمك آنجام آزمايش هاي اشعه ايكس مطالعه شده است. اگرچه نتايج آزمايش هاي ظرفيت بافرينگ و ميزان نگهداري فلز سنگين سرب به وسيله نانو ذرات اصلاح شده در حضور كربنات نشان مي?دهد كه در مقايسه تاثير سطح مخصوص خاك و درصد كربنات نمونه، بخش قابل توجهي از ظرفيت بافرينگ و قابليت خاك در نگهداري آلاينده، ناشي از حضور كربنات است، ليكن بيشتر بودن ظرفيت بافرينگ نانورس هاي غني شده در مقايسه با بنتونيت، بيانگر كارايي نمونه هاي نانورس در جذب و نگهداري آلاينده‌هاي فلز سنگين است كه اين موضوع به سطح مخصوص بسيار بزرگ نمونه هاي نانورس نسبت داده شده است. نتايج تحقيق حاضر نشان مي?دهد كه در نمونه هاي بنتونيت، كايولينيت و چهار نانورس? كلوزايت، ترتيب قابليت نگهداري آلودگي نمونه?هاي بنتونيت، كايولينيت و نانورس هاي فاقد كربنات به صورت ذيل بوده است: Bentonite > Cloisite®Na+ > Kaolinite > Cloisite®30B > Cloisite®20A > Cloisite®15A اين در حالي است كه با افزايش درصد كربنات، ترتيب قابليت نگهداري آلاينده توسط نمونه هاي رسي فوق تغيير مي كند. به نحوي كه هنگامي كه نمونه هاي نانورس با 8% كربنات غني مي شوند ترتيب قابليت نگهداري آلودگي توسط نمونه ها به صورت ذيل بوده‌است: Cloisite®Na+ > Cloisite®15A ? Cloisite®20A > Cloisite®30B > Bentonite

Recently there have been many researches on the subject of soil-contaminant interaction. However, there are very few researches on the potential of nano-clays to increase the contaminant retention of soils. In addition, reviewing the previous studies shows that the application of nano-clays in geo-environmental engineering has not been taken into consideration. The main objective of this paper is to indicate the special potential of nano-clays for heavy metal contaminant retention. To achieve this purpose, a series of geo-environmental experiments were performed to establish the fundamental aspects of nano-clay and contaminant interaction. To compare the geo-environmental behavior of nano-clay and bentonite, different concentrations of calcite were laboratory added to nano-clay samples. Series of batch equilibrium testing, and buffering capacity experiments were performed and were compared with the experimental results on bentonite, before and after addition of carbonate to nano-clay samples. It is shown that mixtures of nano clay and 8% carbonate have more contaminant retention than that of bentonite sample. In the other part of this paper the process of nano-clays and heavy metal contaminant interaction were investigated by application of XRD analysis. In addition, it is shown that even though carbonate has more impact than surface area on contaminant sorption by soils, the large specific surface are of nano clays is responsible for their very high contaminant retention ability. Therefore, the enhanced nano-clay with carbonate will be very capable for use in geo-environmental projects. The achieved results of this paper show that among bentonite, kaolinite, and four Cloisite nano-clay samples, the order of contaminant retention of samples are as follows: Bentonite > Cloisite®Na+ > Kaolinite > Cloisite®30B > Cloisite®20A > Cloisite®15A However, with addition of laboratory added carbonate to the nano-clay samples, the above order will be changed according to the following order: Cloisite®Na+ > Cloisite®15A ? Cloisite®20A > Cloisite®30B > Bentonite This shows a larger retention by mixture of nano-clays/8% carbonate in comparison with bentonite