تاثير اگزاليك اسيد بر جذب كادميوم توسط بخش رس خاك

Effects of oxalic acid on sorption of Cd on clay fraction of a soil

سابقه و هدف: تحرك، فراهمي زيستي و سرنوشت فلزات سنگين در خاك به‌وسيله واكنش جذب توسط كاني‌ها و مواد آلي خاك كنترل مي‌شود. جذب فلزات سنگين توسط خاك به‌شدت تحت‌تاثير اسيدهاي آلي با وزن مولكولي كم قرار مي‌گيرد. هدف از اين پژوهش، بررسي تاثير اگزاليك اسيد بر جذب كادميوم توسط بخش رس خاك بود. مواد و روش‌ها: آزمايش‌هاي جذب وابسته به pH در محدوده 5/9-6pH= و آزمايش‌هاي جذب وابسته به زمان و هم‌دماهاي جذب در 7pH= انجام گرديد. غلظت كادميوم و اگزاليك اسيد به‌كار رفته در آزمايش‌هاي جذب وابسته به pH به‌ترتيب 045/0 ميلي‌مولار و 5/0 ميلي‏مولار بود. آزمايش‌هاي جذب وابسته به زمان در غلظت ثابت 045/0 ميلي‌مولار كادميوم و غلظت ثابت 5/0 ميلي‏مولار اگزاليك اسيد در 7 سطح زماني و هم‌دماهاي جذب كادميوم در محدوده‌ غلظت كادميوم 013/0 تا 089/0 ميلي‌مولار و غلظت ثابت 5/0 ميلي‏مولار اگزاليك اسيد انجام شدند. تمامي آزمايش‌هاي مذكور بدون حضور اگزاليك اسيد نيز انجام شدند. يافته‌ها: نتايج نشان داد كه اگزاليك اسيد جذب كادميوم را توسط رس در تمامي pH‌ هاي مورد مطالعه كاهش داد. مدل سينتيكي شبه مرتبه دوم، بهترين برازش را در داده‌هاي جذب كادميوم داشت. مدل لانگموير جذب كادميوم را در تمامي سيستم‌هاي مورد مطالعه بهتر از مدل فروندليچ توصيف نمود. ضريب KL مدل لانگموير كه شاخصي از قدرت پيوند عنصر توسط جذب‌شونده است در سيستم شاهد (4/26 ليتر بر گرم) بزرگ‌تر از سيستم حاوي اگزاليك اسيد (2/15 ليتر بر گرم) بود كه تاييدكننده شدت كم‌تر جذب كادميوم در حضور اگزاليك اسيد توسط رس مي‌باشد. مقادير ضريب KF مدل فروندليچ در سيستم حاوي اگزاليك اسيد (2/1 ليتر بر گرم) كوچك‌تر از سيستم شاهد (8/1 ليتر بر گرم) بود كه نشان‌دهنده كاهش تمايل كادميوم براي جذب بر روي سطوح رس در حضور اگزاليك اسيد مي‌باشد. به‌منظور تفسير اثر ليگاند اگزاليك اسيد بر رفتار جذبي كادميوم توسط بخش رس خاك، اطلاعاتي از گونه‌بندي كادميوم در محلول و pH نهايي سوسپانسيون لازم است. نتايج گونه‌بندي شبيه‌سازي شده به‌وسيله برنامه PhreeqC نشان داد در سيستم شاهد، گونه Cd2+ فراوان‌ترين گونه كادميوم در pH كم‌تر از 9 بود. در حضور اگزاليك اسيد در pH‌ هاي كم‌تر از 10 به‌ترتيب گونه‌هاي Cd2+ و (Cd-Oxalate) بدون بار، فراوان‌ترين گونه‌هاي كادميوم موجود در محلول‌هاي تعادلي بودند. بنابراين كاهش جذب كادميوم در حضور اگزاليك اسيد در دامنه pH مورد مطالعه، ممكن است به‏دليل تشكيل گونه (Cd-Oxalate) باشد كه تمايل كم‌تري براي جذب توسط رس نسبت به گونه آزاد Cd2+ دارد. نتيجه‌گيري: به‌طور‌كلي، نتايج اين پژوهش نشان داد اگزاليك اسيد اثر منفي بر جذب كادميوم توسط بخش رس خاك دارد. بنابراين مي‌تواند نقش مهمي بر فراهمي زيستي و انتقال كادميوم در خاك داشته باشد.

Background and Objectives: The mobility, bioavailability and environmental fate of heavy metal ions in soil are controlled by sorption onto soil minerals and solid organic matter. The sorption is strongly affected by the presence of various low-molecular-weight organic acids. The main objective of this study was to investigate the effects of oxalic acid on sorption of Cd on clay fraction of a soil. Materials and Methods: The sorption of Cd on clay was studied as a function of pH and time of equilibrium (Cd concentration: 0.045 mM) in the range of 6-9.5 and as a function of metal concentration (Cd concentration in the range of 0.013-0.089 mM) in the absence and presence of oxalic acid with a fixed concentration of 500 ?M at room temperature (23 ± 2 °C). The amounts of Cd sorbed on the adsorbent were calculated from the difference between the metal concentration in the blank and equilibrium concentration of Cd in the solutions. Results: The results of pH-dependent experiments showed that the oxalic acid decreased sorption of Cd onto the sorbent at all solution pHs. Experimental and modeling data from our kinetic reveal that the pseudo-second-order kinetic model gave the best fit. The Langmuir sorption model describes the interaction between Cd and the clay materials better than the Freundlich model. The value of Langmuir (KL) bonding constant was greater in suspensions without oxalic acid (26.6 Lg-1) as compared to suspensions containing this ligand (15.2 Lg-1). Also, the value of Freundlich (KF) bonding constants was greater in suspensions without oxalic acid (1.2 Lg-1) as compared to suspensions containing this ligand (1.8 Lg-1). These values are indication of low tendency of Cd for sorption on the clay surfaces in the presence of oxalic acid. In order to interpret the effect of oxalate on the sorption behavior of Cd onto the sorbent, knowledge of Cd speciation is essential. Species activities were estimated using the PHREEQC code. In the absence of oxalate, the predominant Cd (II) species is Cd2+ over the pH range 3.0-9.0. In the presence of oxalate, Cd2+ and Cd-Oxalate species were the major solution Cd (II) species at pH ?10. The formation of soluble complex of Cd-oxalate may be responsible for the inhibition of Cd sorption by the sorbent. Conclusion: In general, our results demonstrate that the oxalate could have negative effects on Cd sorption to clay fraction of soils. Thus, it may play an important role in Cd availability and transport in soil.