جذب سطحی رقابتی بورات با فسفات، کربنات و سیلیکات روی گئوتایت

بور (b) یکی از عناصر غذایی کم مصرف برای رشد و توسعه گیاهان است. قابلیت دسترسی و پویایی بور در خاک تابعی از واکنش آن با اجزاء خاک نظیر گئوتایت و هیومیک اسید است. در سیستم های طبیعی، جذب سطحی بور روی کانی ها در حضور و در رقابت با سایر یون ها نظیر فسفات، سیلیکات و کربنات اتفاق می افتد. علی رغم اهمیت زیاد این برهم کنش ها روی غلظت تعادلی این عناصر و در نتیجه بر روی تغذیه گیاهان، اطلاعات اندکی در مورد آنها وجود دارد. بر این اساس، در این پژوهش جذب سطحی بور روی گئوتایت و هیومیک اسید در سیستم های تک یونی تابعی از ph، قدرت یونی و غلظت تعادلی بور بررسی گردید. علاوه بر این، جذب سطحی بور روی گئوتایت در سیستم های دو یونی، یعنی در رقابت با فسفات، کربنات و سیلیکات مطالعه شد. چالش دیگر در این پژوهش مدل سازی داده های جذب سطحی بور روی گئوتایت با استفاده از مدل تشکیل کمپلکس چند مکانی (cd-music) و روی هیومیک اسید با استفاده از مدل nica-donnan بود. در اندازه گیری جذب سطحی بور روی هیومیک اسید از ممبران تبادل کاتیونی به منظور جداسازی فاز جامد از فاز مایع استفاده شد. قبل از استفاده از ممبران، دیفیوژن گونه بوریک اسید از آن تابعی از ph، غلظت اولیه بور و در حضور کاتیون های k+، na+، ca2+، mg+2، al+3 و +h در سیستم های خالص اندازه گیری و مدل سازی شد. داده های آزمایشی نشان داد که جذب سطحی بور روی گئوتایت و هیومیک اسید با افزایش ph تدریجا افزایش می یابد و در ph حدود 9-8 به ماکزیمم مقدار می رسد و سپس با افزایش ph با شیب تندی کاهش می یابد. مدل سازی داده های جذب سطحی نشان داد که مدل cd-music در ترکیب با مدل الکترواستاتیک es قادر است داده های جذب سطحی بور روی گئوتایت را با موفقیت توصیف کند. ضرایب توزیع بار (cd) گونه های بور جذب سطحی شده بدست آمده از محاسبات شیمی کوانتوم (dft) بدست آمد. بر اساس محاسبات مدل cd-music، بور عمدتا با تشکیل کمپلکس تری گونال درون کره ای بایدندیت جذب سطحی می شود. علاوه بر این، در phهای کمتر از 8 کمپلکس تری گونال برون کره ای و در phهای بالاتر از 8 کمپلکس تتراهدرال بور نیز حضور دارند. توزیع گونه های سطحی محاسبه شده با مدل در انطباق با مشاهدات مستقیم اسپکتروسکوپی است. اندازه گیری جذب سطحی بور در سیستم های رقابتی نشان داد که حضور کربنات، سیلیکات و فسفات باعث کاهش جذب سطحی بور روی گئوتایت می شود. در مقابل، حضور بور اثر قابل توجهی بر جذب سطحی آنها نداشت. کاهش جذب سطحی بور در حضور فسفات و سیلیکات بیشتر از کربنات بود. اعتبار سنجی پارامترهای مدل نشان داد که پارامترهای مدل بدست آمده از سیستم های تک یونی قادر است داده های جذب سطحی بور در حضور کربنات، سیلیکات و فسفات را به خوبی پیش بینی کند. چنین توانایی اطلاعات کاربردی مفیدی به منظور مدیریت پویایی و زیست فراهمی بور در خاک ها و رسوبات ارائه می کند و از دیدگاه کشاورزی و تولید محصول اهمیت فراوانی دارد. آزمایش های مربوط به دیفیوژن بور از ممبران تبادل کاتیونی نشان داد که دیفیوژن گونه بوریک اسید از ممبران تبادل کاتیونی مستقل از غلظت اولیه آن و منطبق با قانون فیک است. همچنین داده ها نشان داد که دیفیوژن گونه بوریک اسید از ممبران تبادل کاتیونی با افزایش ph کاهش می یابد که به تغییر در توزیع گونه های بور در فاز محلول (از بوریک اسید به بورات) نسبت داده شد. همچنین، آزمایش های دیفیوژن بور در حضور الکترولیت های مختلف نشان دادند که نوع کاتیون اثر قابل توجهی بر دیفیوژن بور دارد. بطوریکه در حضور کاتیون های یک ظرفیتی دیفیوژن بور بیشتر از دو ظرفیتی و آن هم بیشتر از سه ظرفیتی است. تفاوت در دیفیوژن بور در حضور کاتیون های مختلف را می توان به تفاوت در ویسکوزیته هر کدام از این محلول ها در ممبران نسبت داد. بطوریکه با افزایش ویسکوزیته دیفیوژن بور بشدت کاهش می یابد. این نتایج نشان می دهد که ممبران تبادل کاتیونی می تواند در اندازه گیری برهم کنش عناصر با مواد آلی مورد استفاده قرار گیرد. تجزیه و تحلیل داده های جذب سطحی بور وری هیومیک اسید نشان داد که مدل nica-donnan به خوبی قادر است داده های آزمایشی تابعی از ph، قدرت یونی و غلظت اولیه بور را پیش بینی کند. مدل سازی داده های جذب سطحی بور نشان می دهد که کمپلکس تتراهدرال، گونه غالب بور جذب سطحی شده است که این موضوع با مشاهدات اسپکتروسکوپی nmr مطابقت دارد.