استفاده از مدل‌های تجربی برای توصیف کینتیک جذب سطحی یون‌های منیزیم و فسفات رویکانی گئوتایت

آب و خاک

مقاله 6، دوره 31، شماره 1 - شماره پیاپی 51، اردیبهشت 1396، صفحه 179-191  

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v31i1.50556

نویسندگان

ملیحه طالبی اتوئی ¹؛ رسول راهنمایی¹؛ اسماعیل گلی کلانپا²؛ محمد حسین داوودی³

¹دانشگاه تربیت مدرس

²دانشگاه محقق اردبیلی

³موسسه تحقیقات خاک و آب

چکیده

محیط‌های طبیعی، سیستم‌های پیچیده فیزیکی-شیمیایی هستند که در آن‌ها واکنش‌های شیمیایی در حالت شبه تعادل قرار دارند. در چنین سیستم‌هایی، زیست فرآهمی عناصر غذایی از جمله فسفر متاثر ازشرایط محیطی و غلظت دیگر یون ها نظیر یون‌های کلسیم و منیزیم است. منیزیم یکی از کاتیون های غالب در آب آبیاری و محلول خاک خاک های آهکیاست و یافته‌های اخیر افزایش نسبی غلظت آن در آب آبیاری را نشان می‌دهد. به‌دلیل اهمیت کینتیک واکنش‌های شیمیایی در کنترل غلظت این یون‌ها در محلول خاک و به منظور شناخت میزان تاثیر آن در برهم‌کنش‌های جذب سطحی یون‌های منیزیم و فسفات، در این پژوهش کینتیک جذب سطحی این دو یون بر کانی گئوتایت تابعی از pH و زمان تعادلی اندازه گیری شد و نتایج با مدل های تجربی کینتیک جذب سطحی توصیف گردید. نتایج نشان داد که در میان مدل‌های کینتیک شیمیایی، مدل شبه مرتبه دوم (R2~0.99) و از مدل‌های بر پایه پخشیدگی مدل های الویچ و پخشیدگی به درون ذرات (R2~0.7-0.9) داده های آزمایشی را به‌خوبی پیش‌بینی می‌کنند. داده‌ها همچنین نشان داد که کینتیک جذب سطحی یون‌های منیزیم و فسفات تابعی از pH می باشد. تابعیت کینتیک جذب سطحی این یون ها به pH نشان می‌دهد که تفاوت در نوع بار یون با بار سطحی کانی و در نتیجه برهم‌کنش‌های الکترواستاتیک عامل محدود کننده سرعت واکنش است. علاوه بر این داده‌ها نشان داد که جذب سطحی هر یک از این دو یون هم موجب تسریع در واکنش جذب سطحی یون دوم و هم موجب افزایش مقدار جذب سطحی آن روی کانی گئوتایت می شود.

کلیدواژه‌ها

الکترواستاتیک؛ جذب سطحی؛ فسفات؛ کینتیک؛ منیزیم

مراجع

1- Abdollahpour, M., R. Rahnemaie, M. Talebi Atouei, and F. Aghamir. 2014. Investigating kaolinite charging behavior in NaCl electrolyte solution. Iranian Journal of Soil and Water Research (IJSWR). 45(1):95-101(in Persian).

2- Atkinson, R., A. Posner, and J. Quirk. 1967. Adsorption of potential-determining ions at the ferric oxide-aqueous electrolyte interface. Journal of physical chemistry. 71:550-558.

3- Azizian, S. 2004. Kinetic models of sorption: A theoretical analysis. Journal of Colloid and Interface Science. 276(1): 47-52.

4- Davoodi, M.H., R. Rahnemaie, and M.J. Malakouti. 2011. A Quantitative Analysis of Phosphate Adsorption on Iron Hydroxide Goethite (α-FeOOH): pH and Surface Area Effects. Journal of Water and Soil. 25(4):786-798 (In Persian with English abstract).

5-Dehghani, F. 2013. Effect of Calcium to Magnesium Ratio in Irrigation Water on the Soil Chemical Properties and Pistachio Growth in Saline Condition, in Ph. D. thesis. Soil science. Agriculture. Tarbiat Modares University. Teharn. Iran (In Persian with English abstract).

6- Dehghani, F., R. Rahnemaie, M.J. Malakouti, and S. Siadat. 2012. Investigation Ca:Mg ratio of irrigation water in Iran. Journal of Water Research in Agriculture 26(1):114-125 (in Persian).

7- Goli, E., R. Rahnemaie, T. Hiemstra, and M.J. Malakouti. 2011. The interaction of boron with goethite: Experiments and CD-MUSIC modeling. Chemosphere. 82(10):1475-1481.

8- Grossl, P.R. and D.L. Sparks. 1994. Rapid kinetics of Cu(II) adsorption/desorption on geothite. Environmental Science and Technology. 28(8):1422-1429.

9- Ho, Y.S. 2006.Review of second-order models for adsorption systems. Journal of Hazardous Materials. 136(3): 681-689

10- Jalali, M. and N. Ahmadi Mohammad Zinli. 2011. Kinetics of phosphorus release from calcareous soils under different land use in Iran. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 174(1):38-46.

11- Karaca, S., A. Gürses, M. Ejder, and M. Açikyildiz. 2004. Kinetic modeling of liquid-phase adsorption of phosphate on dolomite. Journal of Colloid and Interface Science. 277(2):257-263.

12- Karimov, A., M. Qadir, A. Noble, F. Vyshpolsky, et al. 2009. Development of Magnesium-Dominant Soils Under Irrigated Agriculture in Southern Kazakhstan. Pedosphere. 19(3):331-343.

13- Katz, L.E., L.J. Criscenti, C.C. Chen, J.P. Larentzos, et al. 2013. Temperature effects on alkaline earth metal ions adsorption on gibbsite: Approaches from macroscopic sorption experiments and molecular dynamics simulations. Journal of Colloid and Interface Science. 399:68-76.

14- Luengo, C., M. Brigante, and M. Avena. 2007. Adsorption kinetics of phosphate and arsenate on goethite. A comparative study. Journal of Colloid and Interface Science. 311(2):354-360.

15- Neupane, G., R.J. Donahoe, and Y. Arai. 2014. Kinetics of competitive adsorption/desorption of arsenate and phosphate at the ferrihydrite-water interface. Chemical Geology. 368:31-38.

16- Qadir, M., A.D. Noble, A.S. Qureshi, R.K. Gupta, et al. 2009. Salt-induced land and water degradation in the Aral Sea basin: A challenge to sustainable agriculture in Central Asia. Natural Resources Forum. 33(2):134-149.

17- Qiu, H. 2009. Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University: Science A. 10(5): 716-724.19-

18. Rahnemaie, R. 2005. Ion adsorption modeling as a tool to characterize metal (hydr)oxcide behavior in soil. Ph. D. Thesis. Wageningen, The Netherlands.

19- Rahnemaie, R., T. Hiemstra, and W.H. Van Riemsdijk. 2006. A new surface structural approach to ion adsorption: Tracing the location of electrolyte ions. Journal of Colloid and Interface Science. 293(2):312-321.

20- Sparks, D.L. 1998. Soil physical chemistry. CRC press.

21- Strauss, R., G.W. Brümmer, and N.J. Barrow. 1997. Effects of crystallinity of goethite: II. Rates of sorption and desorption of phosphate. European Journal of Soil Science. 48(1):101-114.

22- Tejedor-Tejedor, M.I. and M.A. Anderson. 1990. Protonation of Phosphate on the Surface of Goethite as Studied by Cir-Ftir and Electrophoretic Mobility. Langmuir. 6(3): 602-611.

23- Vyshpolsky, F., M. Qadir, A. Karimov, K. Mukhamedjanov, et al. 2008. Enhancing the productivity of high-magnesium soil and water resources in Central Asia through the application of phosphogypsum. Land Degradation and Development. 19(1):45-56.

24- Wang, K. and B. Xing. 2002. Adsorption and desorption of cadmium by goethite pretreated with phosphate. Chemosphere. 48(7):665-670.

25- Yoon, S.Y., C.G. Lee, J.A. Park, J.H. Kim, et al. 2014. Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies for phosphate adsorption to magnetic iron oxide nanoparticles. Chemical Engineering Journal. 236:341-347.

26- Zhang, J. and R. Stanforth. 2005. Slow adsorption reaction between arsenic species and goethite (α-FeOOH): Diffusion or heterogeneous surface reaction control. Langmuir. 21(7):2895-2901.

27- Zhang, X.C. and L.D. Norton. 2002. Effect of exchangeable Mg on saturated hydraulic conductivity, disaggregation and clay dispersion of disturbed soils. Journal of Hydrology. 260(1-4):194-205.