تثبیت و انتقال کادمیم در حضور نانوذرات آهن در آب و خاک آلوده

امروزه یافتن روشی موثر برای پالایش فلزات سنگین از آب و تثبیت آن در خاک اهمیّتی فراوان یافته است. در سال های اخیر جذب سطحی یون های فلزات سنگین از محلول های آبی و تثبیت آن ها در خاک و نیز انتقال نانوذرات در خاک، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. هدف از انجام این پژوهش سنتز نانوذرات مگنتیت اصلاح شده با سورفکتانت سدیم دودسیل سولفات و تعیین امکان کاربرد آن برای جذب کادمیم از محیط های آبی با استفاده از آزمایش های ناپیوسته، تثبیت فلز کادمیم در خاک با آزمایش عصاره گیری متوالی و بیان کمّی انتقال آن در خاک با استفاده از آزمایش پیوسته بود. ویژگی های نانوذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنج مادون قرمز و پراش سنج اشعه ایکس تعیین شد. در آزمایش های ناپیوسته اثر عواملی مانند ph، زمان تعادل، جرم بهینه جاذب، غلظت کادمیم اوّلیه و فرایند واجذب مطالعه شد. در آزمایش عصاره گیری متوالی اثر 5 سطح نانوذره (0، 1، 5/2، 5 و 10 درصد وزن خاک) بر شکل های مختلف کادمیم در خاک بررسی شد. در آزمایش های پیوسته منحنی رخنه کلراید و نانوذرات تحت شرایط رطوبتی اشباع در خاک های شن لومی و شنی اندازه-گیری شد. در آزمایش انتقال نانوذرات در خاک شنی اثر غلظت نانوذرات در سوسپانسیون ورودی و نیز اثر بار آبی روی ستون خاک بر انتقال ذرات مطالعه شد. سپس مدل های سینتیک جذب- واجذب تک مکانی و دو مکانی و مدل های تئوری پالایش تک مکانی و دومکانی برنامه hydrus-1d برای پیش بینی انتقال نانوذرات در ستون خاک استفاده شد. تصویر برداری از نانوذرات تولیدی با میکروسکوپ الکترونی نشان داد که قطر این ذرات بین 60-40 نانومتر می باشد. با افزایش ph از 3 تا 6، راندمان جذب از 47 تا 89 درصد افزایش یافت. با توجه به نتایج به دست آمده، ph بهینه جذب 6 و زمان تعادل 30 دقیقه به-دست آمد. با افزایش غلظت کادمیم اوّلیه از 10 تا 100 میلی گرم بر لیتر، بازده جذب از 100 به 4/31 درصد کاهش و ظرفیت جذب از 2 به 27/6 میلی گرم بر گرم افزایش یافت. با افزایش جرم جاذب از 1/0 تا 5/0 گرم در زمان تعادل و ph بهینه و غلظت 50 میلی گرم بر لیتر کادمیم، راندمان جذب در جرم 4/0 گرم به حداکثر مقدار 86 درصد رسید. آزمایش واجذب در سه چرخه متوالی جذب- واجذب نشان داد که نانوذرات مگنتیت اصلاح شده قابل بازیافت و استفاده مجدد است. فرایند جذب از مدل سینتیک مرتبه دوم و ایزوترم فروندلیچ تبعیت کرد. نتایج آزمایش عصاره گیری متوالی در خاک نشان داد که با افزایش درصد نانوذرات تا سطح 10 درصد در کوتاه مدت دسترسی زیستی کادمیم در خاک (17%) کاهش یافت و تأثیر مقدار نانوذرات بر کاهش شکل های محلول و کربناتی و افزایش شکل متصل به اکسید آهن معنی دار بود. نتایج آزمایش های پیوسته نشان داد نانوذرات در خاک لوم شنی هیچ گونه تحرّکی نداشته و 100% ذرات در لایه 5/0 سانتی متر از سطح خاک باقی ماند. در آزمایش انتقال در خاک شنی کاهش غلظت سوسپانسیون نانوذرات ورودی سبب افزایش تحرّک نانوذرات در خاک شد، اما تغییر بار آبی تأثیری بر انتقال نانوذرات نداشت. نتایج ارزیابی مدل ها نشان داد که هر چهار مدل برآوردی مطلوب و قابل قبول از منحنی رخنه نانوذرات در ستون خاک شنی داشتند. به طور کلی این مطالعه نشان داد که نانوذرات مگنتیت دارای مزایایی از قبیل کارایی حذف بالا و زمان واکنش کوتاه است و می تواند به عنوان یک روش در حذف کادمیم از محلول های آبی و تثبیت کادمیم در خاک استفاده شود.