کاربرد نانوذرات آهن صفر و ترکیبات آهن دو ظرفیتی در غیر متحرک سازی cr(vi) در یک خاک آلوده شده با کروم

چکیده: آلودگی کروم در خاک و آب های زیرزمینی به عنوان یک مشکل جدی زیست محیطی محسوب می شود. دو حالت اکسایشی پایدار کروم (iii و vi) در طبیعت یافت می شوند. کروم شش ظرفیتی (cr(vi)) کاملاً محلول و متحرک بوده و به دلیل داشتن خواص اکسید کنندگی قوی، اثرات سمّی در سیستم های زیستی دارد در حالیکه کروم سه ظرفیتی (cr(iii)) به دلیل شرکت در سوخت و ساز گلوکز، چربی و پروتئین، به عنوان یک عنصر ضروری برای حیوانات شناخته شده است. لذا احیاء cr(vi) به cr(iii) و رسوب متعاقب آن از اهمیت ویژه ای در اصلاح مکان های آلوده به cr(vi) برخوردار می باشد. در این راستا، در پژوهش حاضر کارائی ترکیبات مختلف آهن شامل fe(ii) محلول، نانوذرات و میکروذرات مگنتیت (fe3o4) و نانوذرات و میکروذرات آهن صفر در غیرمتحرک سازی cr(vi) در محلول و خاک آلوده شده با کروم مورد مقایسه قرار گرفت. نانوذرات آهن صفر (zvin) به روش احیاء بوروهیدرید تهیه شدند و از نشاسته به عنوان پایدار کننده استفاده گردید. خاک در غلظت های مختلفی از cr(vi) (50 تا 1650 میلی گرم در کیلوگرم) توسط محلول دی کرومات پتاسیم (k2cr2o7) آلوده شد. مقایسه ی کارائی ترکیبات مختلف آهن در غیرمتحرک سازی cr(vi) در محلول در غلظت اولیه ی 20 میلی گرم در لیتر (ph اولیه=5) در حضور 6/0 گرم در لیتر از ترکیبات آهن به عنوان تابعی از زمان (5 تا 60 دقیقه) انجام شد. تأثیر عوامل مختلف شامل غلظت اولیه ی cr(vi) (میلی گرم در لیتر)، غلظت ترکیبات آهن (گرم در لیتر) و ph اولیه ی محلول بر کارائی ترکیبات مختلف آهن مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات مقایسه ای در خاک آلوده شده با cr(vi) در سیستم batch و در دو غلظت 100 و 850 میلی گرم در کیلوگرم در حضور 5/1 درصد وزنی ترکیبات آهن انجام شد. کارائی zvin در غیرمتحرک سازی cr(vi) تحت تأثیر عوامل مختلف شامل غلظت cr(vi) در خاک، ph سوسپانسیون، غلظت zvin و مدت زمان واکنش مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مدلسازی و بهینه سازی فرآیند غیرمتحرک سازی cr(vi) توسط zvin در خاک، روش طراحی ترکیب مرکزی (ccd) مورد استفاده قرار گرفت. غلظت cr(vi) (میلی گرم در کیلوگرم)، غلظت zvin (درصد وزنی) و مدت زمان واکنش (دقیقه) به عنوان متغیرهای ورودی مدل انتخاب شدند. نتایج آزمایشات مقایسه ای نشان داد که کارائی ترکیبات مورد بررسی، در محلول آبی و خاک، از توالی زیر پیروی می کند: fe(ii) محلول > zvin پایدار > zvin غیرپایدار > نانوذرات مگنتیت > میکروذرات آهن صفر > میکروذرات مگنتیت. سرعت بالای واکنش در حضور fe(ii) محلول مانع دستیابی به اثر عوامل مختلف در این فرآیند شد. کارائی ذرات مگنتیت شدیداً وابسته به ph بوده و حداکثر کارائی آنها (هر دوی نانوذرات و میکروذرات) در ph برابر 3 مشاهده شد. zvin پایدار نسبت به zvin غیرپایدار و میکروذرات آهن صفر، کارائی مناسبی در غیرمتحرک سازی cr(vi) در محلول آبی و خاک در محدوده ی وسیعی از ph نشان داد. مقادیر پیش بینی شده توسط مدل پلی نومیال درجه ی دوم تطابق بالائی با داده های تجربی نشان دادند (97/0=2r و 94/0=2adj-r). نتایج بهینه سازی فرآیند نشان داد که حداکثر میزان غیرمتحرک سازی cr(vi) (63/90%) در خاک در شرایط بهینه ی زیر بدست می آید: غلظت cr(vi)=400 میلی گرم در کیلوگرم، غلظت zvin=5/1 درصد وزنی و مدت زمان واکنش=60 دقیقه.