مدل‌سازی انتقال نانوذرات مگنتیت اصلاح شده با سدیم دودسیل سولفات در یک خاک شنی اشباع

آب و خاک

مقاله 4، دوره 30، شماره 3 - شماره پیاپی 47، مرداد 1395، صفحه 842-856   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v30i3.40589

نویسندگان

احمد فرخیان فیروزی¹؛ حسین حمیدی فر²؛ محمدجواد امیری³؛ مهدی بهرامی^{* 3}

¹دانشگاه شهید چمران اهواز

²دانشگاه شیراز

³دانشگاه فسا

چکیده

نانوذرات از جنبه های مختلف پالایش زیست محیطی مانند تخریب ترکیبات آلی و آفت کش ها و جذب فلزات سنگین و آنیون های غیر آلی مورد-توجه واقع شده اند. هدف این پژوهش، مطالعه کمی انتقال نانوذرات مگنتیت در ستون های شن، تحت شرایط رطوبتی اشباع بود. بدین منظور، منحنی رخنه نانوذرات مگنتیت اصلاح شده باسدیم دو دوسیل سولفات5 (SDS) و کلراید در شرایط اشباع اندازه گیری شد و تأثیر غلظت نانوذرات (1/0 و 5/0 گرم در لیتر) و اثربار آبی (2 و 10 سانتی متر) بر انتقال نانوذرات بررسی گردید. برای پیش بینی انتقال نانوذرات در خاک از مدل های جذب- واجذب سینتیک تک مکانی و دومکانی برنامه HYDRUS-1D استفاده شدو برای تعیین دقت مدل ها از آماره های تعیین کارایی مدل(E)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین هندسی نسبت خطا (GMER) و انحراف معیار هندسی نسبت خطا (GSDER) استفاده گردید. نتایج نشان داد در هر دو مدل در تمام مکان ها جذب سریع و واجذب کند است که می توان این مکان های سینتیک جذب را مربوط به کانی های با بار موافق جذب دانست. بنابراین با توجه به رفتار مشابه جذب- واجذب در دو مکان مربوط به مدل سینتیک دومکانی، می توان گفت مدل تک مکانی به تنهایی قادر به برآورد مطلوب منحنی های رخنه نانوذرات در خاک شنی مورد مطالعه می باشد. کارایی مدل تک مکانی از 761/0 تا 851/0 و مدل دومکانی از 760/0 تا 846/0 متغیر بود که نشان می دهد هر دو مدل برآورد خوبی از منحنی رخنه نانوذرات دارند. با توجه به شکل لگاریتمی منحنی رخنه انتقال نانوذرات در خاک شنی، هر دو مدل برآوردی خوب از کلیه دامنه منحنی رخنه نانوذرات از جمله دنباله منحنی رخنه داشتند.

کلیدواژه‌ها

جذب؛ جریان اشباع؛ سینتیک؛ واجذب؛ HYDRUS-1D

مراجع

1- Alibeigi S., and Vaezi M. 2008. Phase transformation of iron oxide nanoparticles by varying the molar ratio of Fe2+: Fe3+. Journal of Chemistry Engineering Technology, 31(11):1591–1596.

2- Ben-Moshe T., Ishai D., and Brian B. 2010. Transport of metal oxide nanoparticles in saturated porous media. Journal of Chemosphere, 81: 387–393.

3- Chen L., Wang T., and Tong J. 2011. Application of derivatized magnetic materials to the separation and the preconcentration of pollutants in water samples. Trends in Analytical Chemistry. 30 (7): 1095-1108.

4- Chen Y., and Li F. 2010. Kinetic study on removal of copper )II( using goethite and hematite nano-photocatalysts. Journal of Coloid and Interface Science. 347:277–281.

5- Fang J., Shan X., Wen B., Lin J., and Owens G. 2009. Stability of titania nanoparticles in soil suspensions and transport in saturated homogeneous soil columns. Journal of Environmental Pollution, 157: 1101–1109.

6- Fuerstenau D.W. 1970. Interfacial processes in mineral/water systems. Pure and Applied Chemistry: 135-164.

7- Gaboriaud F., and Ehrhardt J.J. 2003. Effects of different crystal faces on the surface charge of colloidal goethite (α-FeOOH) particles: An experimental and modeling study. GeochimicaetCosmochimicaActa, 67 (5): 967-983.

8- Grieger K.D., Fjordbøgea A., Hartmanna B., Erikssona K., Bjerga L., and Bauna A. 2010. Environmental benefits and risks of zero-valent iron nanoparticles (nZVI) for in situ remediation: Risk mitigation or trade-off?.Journal of Contaminant Hydrology, 118: 165-183.

9- Guzman K.A.D., Finnegan M.P., and Banfield J.F. 2006. Influence of surface potential onaggregation and transport of titania nanoparticles. Journal of Environmental Science andTechnology, 40: 7688–7693.

10- Hassanizadeh S.M., and Schijven J.F. 2000. Use of bacteriophages as tracers for the study of removal of viruses. In: Dassargues, A. (Ed.), Tracers and Modeling in Hydrogeology. Proceedings of TRAM, held in Liege. Journal of Belgium, 23: 167–174.

11- Huang S.H., Liao M.H., and Chen D.H. 2006. Fast and efficient recovery of lipase by polyacrylic acid-coated magnetic nano-adsorbent with high activity retention. Journal of Purification Technology, 51: 113–117.

12- Liu R., and Zhao D. 2007. In situ immobilization of Cu(II) in soils using a new class of iron phosphate nanoparticles. Journal of Chemosphere, 68 :1867–1876.

13- Marouf R., Marouf-KhelifaKh., Schott J., and Khelifa A. 2009. Zeta potential study of thermally treated dolomite samples in electrolyte solutions. J. Microporous and Mesoporous Materials: 122: 99-104.

14- Marquardt D.W. 1963. An algorithm for least-squares estimation of nonlinears. SIAM. Journal of Application Material, 11: 431–441.

15- Ozmen M., Can K., Arslan G., Tor A., Cengeloglu Y., and Ersoz M. 2010. Adsorption of Cu(II) from aqueous solution by using modified Fe3O4 magnetic nanoparticles. Journal of Desalination, 254: 162–169.

16- Pokrovsky O.S., Schott J., and Thomas F. 1999. Dolomite surface speciation and reactivity in aquatic systems. J. Geochimica et CosmochimicaActa, 63 (19-20) : 3133-3143.

17- Reible D., Lampert D., Constant D., Mutch J., and Zhu Y. 2006. Active capping demonstration in the Anacostia River. Journal of Remediation, 17: 39–53.

18- Schijven J.F.; Hoogenboezem W.; Hassanizadeh S.M. and Peters J.H. 1999. Modeling removal of bacteriophages MS2 and PRD1 by dune recharge at castricum, The Netherlands. Journal of Water Research, 35: 1101–1111.

19- Si S., Kotal A., and Mandal T.K. 2004. Size-controlled synthesis ofmagnetite nanoparticles in the presence of polyelectrolytes. Jornal of Chemistry Material, 16: 3489−3496.

20- Simunek J., Sejna M., Saito H., Sakai M., and van Genuchten M.Th. 2008. The HYDRUS-1D software package for simulating the one-dimentional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media, Version 4.0x Hydrus Series 3, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, CA, USA.

21- Toride N., Leij F.J., and van Genuchten M.Th. 1999. The CXTFIT Code for Estimating Transport Parameters from Laboratory or Field Tracer Experiments Version 2.1 Research Report, vol. 137. U.S. Salinity Laboratory, Riverside, CA.

22- Xu Y., Liu R., and Zhao D. 2009. Reducing leachability and bioaccessibility of toxic metals in soils, sediments, and solid /hazardous wastes using stabilized nanoparticles. Journal of Nanotechnology Applications for Clean Water: 365–374.

23- Yang C.C., Tua H., and Hunga C. 2007. Stability of nanoiron slurries and their transport in the subsurface environment. Separation and Purification Technology, 58: 166-172.

24- Zhang W.X. 2003. Nanoscale iron particles for environmental remediation: an overview. Journal of Nanoparticle Research, 5: 323–332.

25- Zhang Z., Li M., Chen W., Zhu Sh., Liu N., and Zhu L. 2010.Immobilization of lead and cadmium from aqueous solution and contaminated sediment using nano-hydroxyapatite. Journal of Environmental Pollution, 158: 514–519.