مطالعه کمی اثر نانوذرات آهن بر انتقال و احیاء نیترات در خاک

در چند دهه اخیر، مصرف کود های نیتروژن دار بدون توجه به تأثیرات آنها بر ویژگی های خاک و محیط زیست گسترش غیر قابل انکاری داشته است. افزایش غلظت یون نیترات در محلول خاک و سپس آبشویی آن به سمت سفره های آب زیرزمینی سبب افزایش غلظت نیترات در آب شده و سبب ابتلا به برخی بیماری ها خواهد شد. روش های مختلفی برای حذف یا احیاء نیترات از آب وجود دارد. استفاده از ذرات fe0 در مقیاس نانو به دلیل داشتن سطح ویژه بالا، واکنش پذیری بیشتر، هزینه کمتر و کارآیی بالاتر نسبت به روش های دیگر حذف نیترات دارای ارجعیت می باشد. هدف از انجام این پژوهش ساخت نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده با کربوکسی متیل سلولز و بررسی کاربرد آن ها برای حذف نیترات از آب-های آلوده در مقیاس آزمایشات پیوسته و ناپیوسته بود. علاوه بر این انتقال و نگهداشت نانوذرات در خاک اشباع بررسی شد. بدین منظور نانوذرات به روش احیاء توسط بوروهیدرید سدیم ساخته شد و مورفولوژی آن ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف پراش نگار اشعه ایکس و دستگاه طیف سنج مادون قرمز بررسی شد. در آزمایش های ناپیوسته، تأثیر عوامل مختلف شاملph ، غلظت اولیه نیترات، غلظت نانوذرات و زمان تماس بر احیاء نیترات و سینتیک آن بررسی شد. نتایج نشان داد که 65/93 درصد نیترات توسط نانوذرات پایدار شده در 6= ph و 55/85 درصد توسط نانوذرات پایدار نشده در 2ph = احیاء شد. افزایش غلظت نانوذرات و زمان تماس احیاء نیترات را افزایش داد اما افزایش غلظت اولیه نیترات، احیاء نیترات را کاهش داد. محصول عمده احیاء نیترات در ph های اسیدی، آمونیوم بود اما در ph های قلیایی نیترات به گاز نیتروژن (n2) تبدیل شد و مقدار نیتریت تولیدی کمتر از 2 درصد بود. آزمایش های سینتیک نشان داد که احیاء نیترات با نانوذرات از معادله درجه اوّل و دوّم تبعیت می کند. در آزمایشات پیوسته نیز اثر غلظت نانوذرات و نیترات بر احیاء نیترات در ستون های شنی بررسی شد. انتقال و احیاء نیترات در محیط متخلخل با مدل تحلیلی cxtfit پیش بینی شد و پارامتر های انتقال نیترات برآورد شدند. مدل سینتیک تک مکانی و دو مکانی برنامه hydrus-1d برای پیش بینی انتقال و نگهداشت نانوذرات در ستون خاک استفاده شد. کاهش غلظت نیترات و افزایش غلظت نانوذرات، احیاء نیترات را افزایش داد و بیشترین درصد احیاء (56/82) در غلظت 150 میلی گرم بر لیتر نیترات و 3 گرم بر لیتر نانوذرات بدست آمد. محصول عمده احیاء نیترات با نانوذرات پایدار شده گاز ازت بود. نتایج نشان داد هر دو مدل سینتیک تک مکانی و دو مکانی برآوردی مناسب از انتقال و نگهداشت نانوذرات در خاک دارند. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده با کربوکسی متیل سلولز دارای پتانسیل بالایی برای احیاء نیترات از محلول های آبی و محیط های متخلخل هستند و می تواند به عنوان روشی کارآمد در حذف نیترات استفاده شود.