تأثیر نانو آهن صفرظرفیتی پایدار شده با اسید آسکوربیک بر توزیع شکل‌های مختلف کادمیوم در سه نوع خاک

آب و خاک

مقاله 2، دوره 30، شماره 5 - شماره پیاپی 49، آذر 1395، صفحه 1620-1633   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v0i0.46220

نویسندگان

محدثه سواسری^* ؛ سید مصطفی عمادی؛ محمدعلی بهمنیار؛ پوریا بی پروا

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

آلودگی خاک ها با فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی عمده در جوامع بشری است. در این راستا استفاده از نانو ذرات آهن صفرظرفیتی به عنوان اصلاح کننده آلودگی های محیط زیست مورد توجه محققان می باشد. بدین منظور سنتز و تعیین مشخصات نانو آهن صفرظرفیتی پایدار شده با اسیدآسکوربیک (AAS – ZVIN) در شرایط هوازی و ارزیابی تأثیر آن بر قابلیت جذب کادمیوم در خاک و توزیع شکل-های شیمیایی آن در سه خاک شنی، اسیدی و آهکی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با تیمارهایی شامل کادمیوم در سطوح 15 و 45 میلی گرم بر کیلوگرم و AAS – ZVIN در سطوح 0، 5/0، 1 و 2 درصد وزنی در سه خاک شنی، اسیدی و آهکی در دو دوره زمانی یک و چهار هفته با سه تکرار انجام شد. توزیع شکل های شیمیایی کادمیوم با استفاده از عصاره گیری دنباله ای تعیین گردید. نتایج تصاویر SEM، XRD نشان داد که نانو آهن سنتز شده با اسیدآسکوربیک به ترتیب دارای اندازه کمتر از 50 نانومتر، حداکثر پیک در2θ برابر 8/44 درجه دارد. نتایج نشان داد که در هر سه خاک شنی، اسیدی و آهکی، کاربرد 5/0، 1 و 2 درصد وزنی از AAS - ZVIN در هر دو سطح آلودگی 15 و 45 میلی گرم بر کیلوگرم مقدار کادمیوم قابل جذب کاهش یافت. با گذشت زمان از یک به چهار هفته با کاربرد AAS – ZVIN تغییرات کادمیوم قابل جذب، روند کاهشی داشت. هم چنین نتایج حاصل از عصاره گیری دنباله ای نشان داد که در هر سه خاک شنی، اسیدی و آهکی با افزایش غلظت AAS – ZVIN از صفر به 2 درصد وزنی، شکل های محلول و تبادلی و کربناتی کاهش و شکل های متصل به ماده آلی و اکسید آهن و منگنز و باقیمانده کادمیوم افزایش یافت. بنابراین می‌توان بیان داشت کارایی نانو آهن صفرظرفیتی در کاهش کادمیوم از خاک بالا بوده و می‌تواند به عنوان یک روش کارآمد در رفع آلودگی این قبیل خاک ها معرفی شود.

کلیدواژه‌ها

آلودگی خاک؛ عصاره گیری دنباله ای؛ قابل جذب با DTPA

مراجع

1- Altoniadis N., and Alloway B.J. 2001. Availability of Cd, Ni and Zn to rye grass in sewage sludge treated soils at different temperatures. Water, Air and Soil Pollution, 132: 201 - 204.

2- Amiri Nahavandi M.M., Yaftian R., Ramzanpour M.R., Zamani A.A., and Golinezhad M. 2012. The effect of nano zero valent iron nanoparticles to remove cadmium from contaminated soils Mazandaran. The first Conference and Exhibition of Environment - Energy and Clean Technology. (in Persian).

3- Baker D.E., Amacher M.C. 1982. Nickel, copper, zinc and cadmium. In method of soil analysis. Page A. L, miller, R. H. and Keeney, D. R (Ed). Madison, Wisconsin. American Society of Agronomy, 323 - 336.

4- Bell P.F., James B.R., and Chaney R.L. 1991. Heavy metals extractability in long - term sewage sludge and metal salt amended soils. Journal Environmental Quality, 20: 481 - 486.

5- Boparai H.K., O Carrol D.M., and Joseph M. 2011. Kinetics and thermodynamic of cadmium ion removal by adsorption on to nano zero valent iron particles. Journal of Hazardous Material, 186 (1): 458 - 465.

6- Boparai H.K., Joseph M., and O’Carroll D.M., 2013. Cadmium (Cd2+) removal by nano zero - valent iron: surface analysis, effects of solution chemistry and surface complication modeling. Environmental Science Pollution Research, 20 (9): 6210 - 6221.

7- Bower, C.A. 1954. Exchangeable cation analysis of saline and alkali soils. Soil Science, 73: 251 - 261.

8- Choe S., Chang Y.Y., Hwang K.Y., and Khim J. 2000. Kinetics of reductive denitrification by nano scale zero valent iron. Chemosphere, 41: 1307 - 1311.

9- Esalah O. J., Weber M. E., and Vera J. H., 2000. Removal of lead, cadmium and zinc from aqueous solutions by precipitation with sodium di - (n-octyl) phosphine. Journal of Chemical Engineering, 78(5): 948- 954.

10- Fajardo C., Ortiz L.T., Rodriguez - Membibre M.L., Nande M., Lobo M. C., and Martin M 2012. Assessing the impact of zero valent iron (ZVI) nanotechnology on soil microbial structure and functionality: A molecular approach. Chemosphere, 86: 802 - 808.

11- Gee, G.W., and Bauder, J.W. 1982. Particle size analysis. In method of soil analysis. Page A. L, miller, R.H. and Keeney D.R (ed). Part1. Madison, Wisconsin. American Society of Agronomy, 384 – 412.

12- Gil - Diaz M.M., Perez - Sanz A., Vicente M.A., and Lobo M.C. 2014. Immobilization of Pb and Zn in soils using stabilized zero - valent iron nanoparticles: Effects on soil properties.

13- Hanauer T., Felix-Hanningse P., Steffens D., Kalandadze B., Navrozashvili L., and Urushadze T. 2011. In situ stabilization of metals (Cu, Cd, and Zn) in contaminated soils in the region of Bolnisi, Georgia. Plant Soil, 341: 193 – 208.

14- Hooda, P.S., and Alloway B.J. 1993. Effects of time and temperature on the bioavailability of Cd and Pb from sludge - amended soils. Journal Soil Science, 44: 97 - 110.

15- Joo S.H. and Zhao D. 2008. Destruction of lindale and atrazine using stabilized iron Nanoparticles under aerobic and anaerobic condition: effects of catalyst and stabilizer. Chemosphere, 70: 418 - 425.

16- Khanlari Z.V., and Jalali M. 2008. Concentrations and chemical speciation of five heavy metals (Zn, Cd, Ni, Cu, and Pb) in selected agricultural calcareous soils of Hamadan Province, western iron. Archives of Agronomy and Soil Science, 54: 19 - 32.

17- Khanmirzaee A., Bazargan K., Moezzi A., and Shahbazi K. 2011. The relationship between the chemical forms of Cd concentration in wheat grain in some soils of Golestan province. Journal of Soil Science (soil and water), 26 (4): 347-357. (In Persian with English abstract).

18- 18- Klute A., 1986. Methods of Soil Analysis Part 1. Physical and Mineralogical Methods. 2 Nd ed. American Society of Agronomy, Monographs 9, Madison, Wisconsin.

19- Lindsay, W., and Norvell, W.A. 1978. Development of a DTPA test for zinc, iron, manganese and copper. Soil Science Society of American Journal, 42: 421 - 428.

20- Liu R., and Zhao D. 2007. Reducing leachability and bioaccessibility of lead in soils using a new class of stabilized iron phosphate nanoparticles. Water Research, 41: 2491 - 2509.

21- McLean E.O. 1982. Soil pH and lime requirement. In method of soil analysis, Page A. L (Ed). Part 2. Chimical and Microbiological Properties. 2nd Ed Madison, Wisconsin. American Society of Agronomy, 199 – 244.

22- Marzoog A., Helal M.I.D., and Khater H.A. 2014. Application of nanotechnology in remediation of heavy metal polluted soils: preparation and characterization of nanoparticles. International Journal of Advanced Research, 2: 1087 - 1102.

23- Misra, A.K., Sarkunan V., Das M. and Nayar P.K. 1990. Transformation of added heavy metals in soils under flooded condition. Journal of the India Society Soil Science, 38: 416 - 418.

24- Nelson D.W., and Sommers L.E. 1982. Total carbon, organic carbon and organic matter. In A. L Page (Ed). Method of soil analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Property. 2nd ed. Madison, Wisconsin. American Society of Agronomy and Soil Science Society of America, 539 - 579.

25- Prusty B.G., Sahu K.C., and Godgul G. 1994, Metal contamination due to mining and milling activities at the Zawar zinc mine, Rajasthan, India. 1. Contamination of stream sediments. Chemical Geology, 112: 275 - 291.

26- Rajai M., and Karimian N.A. 2004. Changes in the chemical forms of cadmium in soil treated with different levels and sources of the element. Ninth Congress of Soil Science, Soil Conservation and Watershed Management Research Center, 6-9 September, Karaj. (in Persian).

27- Rajai M., and Karimian N.A. 2006. Incubation Time on the chemical effects of cadmium and cadmium added to the soil texture groups. Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 11 (1): 97-108. (in Persian with English abstract).

28- Rajaie M., Karimian N., Maftoun N., Yasrebi J., and Assad M.T. 2006. Chemical forms of cadmium in two calcareous soil textural classes as affected by application of cadmium - enriched compost and incubation time. Gendarme, 136: 533 – 541.

29- Roney N. 2005. Toxicological profile for zinc. Department of Health and Human Services, 299 pp.

30- Savasari M., Emadi M., Bahmanyar M.A., Biparva P. 2015. Optimization of Cd (II) removal from aqueous solution by ascorbic acid-stabilized zero valent iron nanoparticles using response surface methodology. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 21: 1403- 1409

31- Shafai Sh., Fotovvat A., and Khorasani R. 2010. The effect of nano zero valent iron nanoparticles of nickel and cadmium the chemical distribution in a calcareous soil. Congress of Soil Science, 12 -14 September, Tabriz. (In Persian).

32- Shafai Sh., Fotovvat A., and Khorasani R. 2011. Comparison of iron nanoparticles and zero valent iron oxides the availability of heavy metals in a calcareous soil. Journal of Soil and Water (Agricultural Science and Technology), 26 (3): 586-596. (in Persian with English abstract).

33- Shuman L.M. 1985 Fractionation method for soil microelements. Soil Science, 140: 11 – 22.

34- Sun Y.P., Li Q.L., Cao J., Zhang W.X., and Wang H.P. 2007. Characterization of zero valent iron nanoparticles. Advances Colloid Interface Science, 47: 48 - 56.

35- Tessier A., Campbell P.G.C., and Bisson M. 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry, 5: 844 – 851.

36- Wang J., and Harrell J. 2005. Effect of ammonium, potassium, and sodium cations and phosphate, nitrate, and chloride anion on zinc sorption and ability in selected acid and calcareous soils. Journal of Soil Science Society of America, 69: 1036 - 1046.

37- Watanabe T., Murata Y., Nakamura T., Sakai Y. and Osaki M. 2009. Effect of zero - valent iron application on cadmium uptake in rice plant grows in cadmium -contaminated soils. Journal of Plant Nutrition, 32: 1164 - 1172.

38- Zhang W.X. 2003, Nano scale iron particles for environmental remediation: An overview. Journal of Nanoparticle Research, 5: 323 - 332.

39- Zhang W.X., and Li X. Q., 2007. Sequestration of metal cations with zero valent iron nanoparticles - a study with high resolution x - ray photoelectron spectroscopy (hr. – xps). Journal of Physical Chemistry, 111: 6939 - 6946.

40- Zhang X., Liu S., Chen Z., Megharaj M., and Naidu R. 2011. Kaolinite - supported nano scale zero - valent iron for removal of Pb2+ from aqueous solution reactivity, characterization and mechanism. Water Research, 45 (11): 3481 - 3488.