بررسي آزمايشگاهي و عددي قابليت نگه داري آلاينده فلز سنگين سرب توسط نانورس كلوزايت Na+

Laboratory and Numerical Study into Retention of the Heavy Metal Pollutant Lead by Nanoclay Cloisite Na+

زمينه و هدف: در سال هاي اخير در موضوع اندركنش خاك و آلودگي تحقيقات وسيعي صورت گرفته، اما در زمينه فرايند اندركنش آلاينده هاي فلز سنگين و نانورس ها تحقيقات قابل توجهي انجام نشده است. آلاينده فلز سنگين سرب، به­ عنوان يكي از آلاينده­ هاي فلز سنگين متداول در پروژه­ هاي ژئوتكنيك زيست­ محيطي شناخته شده است. از سوي ديگر هر چند براي قابليت نگه­داري آلاينده­ هاي فلزي توسط خاك از سوي پژوهش­گران معادلاتي ارايه شده است، اما در زمينه قابليت نگه­داري، نانورس ­ها و هم­چنين تأثير حضور كربنات بر معادلات قابليت نگه­داري مطالعه­ اي صورت نگرفته است. بر اين اساس هدف اين پژوهش مطالعه رفتار ژئوتكنيك زيست ­محيطي نانورس ­ها و نانورس­ هاي اصلاح شده با كربنات از نظر قابليت جذب آلاينده­ فلز سنگين سرب و ارايه معادلاتي براي قابليت نگه­داري آلاينده­ ها بوده است. روش بررسي: براي دست­يابي به هدف مذكور، با انجام يك ­سري آزمايش ­هاي ژئوتكنيك زيست محيطي، ساز و كار نگه­داري آلاينده فلز سرب توسط بررسي تغييرات pH، قابليت نگه­داري آلاينده و ارزيابي پراش اشعه ايكس (XRD) مورد تجزيه‌ و تحليل قرار گرفته است. هم­چنين با ارايه يك سري معادلات خطي و غير خطي به بررسي قابليت نگه­داري آلاينده فلز سنگين سرب توسط نانورس كلوزايت Na+ با تغيير pH محيط و نيز تغيير ميزان كربنات نمونه پرداخته شده است. يافته ها: نتايج تحقيق حاضر بيان­گر آن است كه ميزان كربنات يك عامل تأثير گذار بر قابليت نگه­داري است و اين پارامتر بايد در معادلات عددي ظاهر شود. هم­چنين حضور پارامتر تغيير pH در معادلات موجب افزايش ضريب هم­بستگي در معادلات ارايه شده مي ­شود. بحث و نتيجه­ گيري: معادلات عددي ارايه شده مي­ توانند جايگزين مناسبي براي روش­ هاي آزمايشگاهي باشند و در طراحي مراكز دفن زباله مورد استفاده قرار گيرند.

Background and Objective: In spite of the numerous studies published on soil-pollutant interaction in recent years, no considerable research has been conducted on the interaction between heavy metal pollutants and nanoclays. Lead is a common heavy metal pollutant in geotechnical and environmental projects. Moreover, although researchers have introduced equations for retention of metal pollutants in soils, no research has been conducted on heavy metal retention capability of nanoclays and the effect of carbonate on equations related to retention capability. Therefore, this study intended to examine the geotechnical-environmental behavior of nanoclays and carbonate-modified nanoclays in terms of capability to adsorb the heavy metal pollutant lead and to propose equations for pollutant retention by nanoclays. Method: To achieve this objective a series of environmental and geotechnical experiments were conducted to analyze the mechanism of retaining the heavy metal pollutant lead by examining pH variations, capability of pollutant retention, and through evaluating X-ray diffraction (XRD). Moreover, a series of linear and non-linear equations was used to study the capability of nanoclay Cloisite Na+ in retaining the heavy metal pollutant lead at various ambient pH values and different carbonate contents of the specimens. Findings: Results showed that carbonate content was an effective factor in pollutant retention and had to be included in the numerical equations. Inclusion of the pH variation parameter in the equations increased the correlation coefficient in the proposed equations. Discussion and Counclusion: The proposed numerical equations can be a proper substitute for laboratory methods, and also can be used in designing landfill sites.