بررسي تأثير جاذب‌هاي نانوذرات هماتيت و كوپليمر اكريليكي بر توزيع اجزاء آرسنيك در خاك

Effects of Hematite Nanoparticles and Acrylic Copolymer Adsorbents on Distribution of Arsenic Fractions in Soil

آرسنيك ازجمله فلزهاي سنگيني است كه آلودگي خاك و آب­هاي زيرزميني توسط آن شايع و نگران­ كننده است لذا كاهش غلظت اجزاء متحرك آرسنيك بسيار حائز اهميت است چرا كه اين اجزاء ارتباط مستقيمي با زيست فراهمي اين فلز دارند. پژوهش حاضر با هدف بررسي كارايي جاذب­هاي نانوذرات هماتيت و كوپليمر مالئيك انيدريد-استايرن- اكريليك اسيد در غيرمتحرك كردن آرسنيك و تاثير آن­ها بر توزيع آرسنيك در اجزاء مختلف آن در خاك انجام شد. بدين منظور يك آزمايش در قالب طرح كاملاً تصادفي با دو نوع جاذب نانوذرات هماتيت و كوپليمر مالئيك انيدريد- استايرن-اكريليك اسيد در سطح 0/2 درصد و در خاك آلوده شده با سطح 96 ميلي گرم آرسنيك بر كيلوگرم از منبع نمك آرسنات سديم (Na2HAsO4.7H2O) در سه تكرار انجام شد. خصوصيات نانوذرات هماتيت (α-Fe2O3) سنتز شده به وسيله تكنيك­هاي XRD، SEM و TEMبررسي گرديد. تأثير جاذب­ها بر غيرمتحرك نمودن و توزيع آرسنيك در خاك با روش عصاره ­گيري دنباله­اي و با استفاده از دستگاه پلاسماي جفت شده القايي (ICP) بررسي شد. تصوير­برداري از نانوذرات هماتيت نشان داد كه متوسط قطر آنها 32/69 نانومتر و مورفولوژي آنها كروي است. نتايج نشان داد كه تاثير نوع جاذب بر غلظت آرسنيك بصورت غيراختصاصي و اختصاصي جذب شده، آرسنيك پيوند شده با اكسيدهاي آهن و آلومينيوم آمورف و بلوري و آرسنيك باقيمانده معني­دار بود و كاربرد هر دو نوع جاذب سبب كاهش غلظت آرسنيك بصورت غيراختصاصي و اختصاصي جذب شده گرديد و نانوذرات هماتيت كارايي بيشتري از خود نشان داد. ميزان كاهش غلظت آرسنيك قابل جذب خاك با كاربرد سطح 0/2 درصد جاذب­هاي نانوذرات هماتيت و پلي­مر اكريليكي نسبت به شاهد به­ترتيب 65/31% و 62/53% بود. غلظت آرسنيك پيوند شده با اكسيدهاي آهن و آلومينيوم آمورف و بلوري با افزودن نانوذرات هماتيت و غلظت آرسنيك باقيمانده با افزودن پليمر بشدت افزايش يافت. جاذب­ها با تغيير توزيع آرسنيك در خاك، اين فلز سمي را غيرمتحرك نمودند.

Arsenic (As) is one of the heavy metals whose contamination of soil and groundwater is common and disturbing. Therefore reducing the concentrations of labile fractions of arsenic is very important, because these fractions are bioavailable. This study was carried out to evaluate the effects of hematite nanoparticles (α-Fe2O3) and maleic anhydride - styrene - acrylic acid copolymer on motility of arsenic in contaminated soils and arsenic distribution in different fractions in soil. For this purpose, an experiment was conducted using a completely randomized design and three replications. Two types of adsorbents including hematite nanoparticles and maleic anhydride - styrene - acrylic acid copolymer were applied at the rate of 0.2 percent in a soil contaminated with 96 mg As/kg. The structure and properties of the nanoparticles were determined using x-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The effects of adsorbents on arsenic mobility and distribution in soil were assessed by sequential extraction method and using ICP devices. Imaging of hematite nanoparticles showed that the mean diameter of the particles was 32.69 nm and their morphology was spherical. The results showed that the effects of adsorbents on the concentrations of non-specifically and specifically sorbed arsenic, amorphous and poorly-crystalline hydrous oxides of Fe and Al, well-crystallized hydrous oxides of Fe and Al and residual phases were significant. Application of adsorbents decreased the concentrations of non-specifically and specifically sorbed arsenic and hematite nanoparticles had more efficiency. The reduction in the concentrations of non-specifically sorbed (available) arsenic at the application rate of 0.2% of the hematite nanoparticles and acrylic copolymer were 65.31% and 62.54%, respectively. A sharp increase was observed in the concentrations of poorly and well-crystalline hydrous oxides of Fe and Al by application of hematite nanoparticles. Also, the concentration of residual arsenic sharply increased by application of acrylic copolymer. Hematite nanoparticles and acrylic copolymer immobilized arsenic in the soil by changing its distribution.