مقايسه تأثير كربنات، ظرفيت تبادل كاتيوني و سطح ويژه بر قابليت نگهداري آلاينده فلز سنگين در بنتونيت، كائولينيت و نانو رس

Comparison of Impact of Carbonate Content, Cation Exchange Capacity and Specific Surface Area in the Retention of Heavy Metal Contaminant by Bentonite, Kaolinite, and Nano-Clay

زمينه و هدف: سه عامل كربنات، ظرفيت تبادل كاتيوني و سطح ويژه نقش قابل توجه­اي در نگهداري آلاينده­هاي فلز سنگين توسط خاك ايجاد مي­كنند. از سوي ديگر ميزان و نقش هركدام از اين سه عامل در قابليت نگهداري آلاينده فلز سنگين به وضوح مشخص نيست. بر اين اساس، هدف اين تحقيق مطالعه آزمايشگاهي نقش هر كدام از عوامل فوق در قابليت خاك به نگهداري آلاينده ­هاي فلز سنگين براي استفاده در پروژه ­هاي ژئوتكنيك زيست محيطي است. در اين مقاله با استفاده از نمونه­ هاي رسي بنتونيت (با حضور 8% كربنات طبيعي، سطح ويژه قابل توجه و ظرفيت تبادل كاتيوني زياد)، كائولينيت (با حضور 4% كربنات طبيعي، سطح ويژه كوچك و ظرفيت تبادل كاتيوني كم)، نانو رس صنعتي كلوزايتNa+ (عدم حضور كربنات، سطح ويژه بزرگ و ظرفيت تبادل كاتيوني قابل توجه)، نانو رس صنعتي كلوزايتB30 (عدم حضور كربنات، سطح ويژه بسيار بزرگ و ظرفيت تبادل كاتيوني كم)، و نمونه نانو رس آزمايشگاهي اس-ال-بي (SLB) (عدم حضور كربنات، سطح ويژه بزرگ و ظرفيت تبادل كاتيوني قابل توجه)، بررسي سه عامل تاثير گذار فوق بر قابليت خاك­هاي رسي در نگهداري آلاينده فلز سنگين مورد ارزيابي آزمايشگاهي قرار گرفته است. روش بررسي: در اين پژوهش با انجام يك­سري آزمايش­هاي ژئوتكنيك زيست محيطي، فرايند اندركنش نمونه­هاي رسي كائولينيت و بنتونيت و نانورس­هاي صنعتي كلوزايتNa+ و كلوزايتB30 و نانو رس آزمايشگاهي با نام اخـتـصــار اس-ال-بي (SLB) با آلايـنده­ هاي فلز سنگين سرب و مس مورد مطالعه، تجزيه و تحليل آزمايشگاهي قرار گرفته است. بحث و نتيجه ­گيري: بررسي ظرفيت بافرينگ، پراش اشعه ايكس و ميزان نگهداري فلزات سنگين سرب و مس به وسيله نانوذرات اصلاح شده نشان مي­دهد كه در مقايسه ظرفيت تبادل كاتيوني، سطح ويژه و كربنات، بخش قابل توجهي از ظرفيت بافرينگ خاك ناشي از حضور كربنات است. بر اساس نتايج پژوهش حاضر مشخص شد كه ترتيب تأثير عوامل حضور كربنات، ظرفيت تبادل كاتيوني و سطح ويژه در قابليت نگهداري آلودگي خاك را مي­توان به شرح ذيل نتيجه­ گيري نمود: كربنات > ظرفيت تبادل كاتيوني > سطح مخصوص

Background and Objective: Carbonate, Cation exchange capacity and Specific surface area are the three factors which play a significant role in the retention of heavy metal contaminants by the soil. However, the amount and role of each of these three factors in heavy metal retention process is not clearly known. Accordingly, this experimental study attempts to examine the role of each of these factors on the heavy metal retention process. This study has been performed by the use of bentonite clay sample (which has 8% natural carbonate, significantly large specific surface area and cation exchange capacity), kaolinite (which has 4% natural carbonate, small specific surface area and cation exchange capacity), industrial nano-clay called Cloisite®Na+ (free of carbonate, large specific surface area and considerable cation exchange capacity), industrial nano-clay called Cloisite®30B (free of carbonate, large specific surface area and small cation exchange capacity), and laboratory sample of nano-clay called SLB (Surface Layer Bentonite) (free of carbonate, large specific surface area and considerable cation exchange capacity). Materials and methods: In this regard, by conducting a series of geotechnical and geo-environmental experiments, the interaction process of kaolinite clay samples, bentonite, industrial Cloisite®Na+, industrial Cloisite®30B, and laboratory nano-clay SLB with heavy metal contaminants of lead and copper were experimentally explored and studied. Results and discussions: The analysis of experimental studies including soil buffering capacity, X-ray diffraction test and the measurement of heavy metal retention by soil samples indicate that in comparing of carbonate content, cation exchange capacity, and specific surface area of soil samples the significant role of each parameter in heavy metal retention is as follows, respectively: Carbonate > Cation exchange capacity (CEC) > Specific surface area (SSA).