بررسي ريخت شناسي و ريز ساختاري قابليت نگهداري آلاينده فلز سنگين در خاك هاي واگرا

Morphological and Microstructural Study of Heavy Metal Contaminant Retention in Dispersive Soils

زمينه و هدف: پژوهشگران، جاذب­ه اي مختلفي براي نگهداري آلاينده ­هاي فلز سنگين را مورد بررسي قرار داده ­اند؛ اما به خاك ­هاي واگراي طبيعي و ريخت ­شناسي اين خاك ­ها توجه محدودي شده است. خاك واگراي طبيعي مورد نظر در اين مقاله، يك نمونه خاك رسي است كه ابعاد ذرات آن در مقياس ميكرو و نانو قرار دارد. بر اين اساس هدف اين پژوهش مطالعه نگهداشت آلاينده فلز سنگين و تغييرات ساختار و ريخت ­شناسي خاك­ هاي واگرا در اندركنش با آلاينده ­هاي زيست ­محيطي است. روش بررسي: با انجام يكسري آزمايش‌هاي ژئوتكنيك زيست‌محيطي، فرايند اندركنش خاك واگراي طبيعي، نمونه رسي بنتونيت و نمونه رسي كائولينيت با آلاينده ­هاي فلز سنگين سرب و روي مورد مطالعه و مقايسه قرار گرفته است. بررسي ميزان نگهداري فلزات سنگين توسط خاك واگرا، نتايج پراش اشعه ايكس (XRD)، تصاوير ميكروسكوپ الكتروني پويشي (SEM) و طيف ­سنجي پاشندگي انرژي (EDX) نشان مي‌دهد كه خاك واگراي طبيعي مورد مطالعه به دليل ريخت شناسي، ساختار پراكنده و درصد زياد كربنات در مقايسه با نمونه­ هاي رسي بنتونيت و كائولينيت داراي قابليت نگهداري بيشتر آلاينده فلز سنگين است. بحث و نتيجه‌گيري: بر اساس نتايج پژوهش حاضر در حالي‌ كه ظرفيت تبادل كاتيوني خاك واگراي طبيعي مورد مطالعه بيش از 50% كمتر از نمونه رسي بنتونيت است، اما قابليت نگهداري آلاينده فلز سنگين در اين نمونه نسبت به نمونه رسي بنتونيت در غلظت ­هاي زياد آلاينده فلز سنگين بيش از 20% است. اين در حالي است كه قابليت نگهداري آلاينده فلز سنگين توسط خاك واگراي طبيعي بيش از 2/3 برابر جاذب رسي كائولينيت است. بر اساس نتايج پژوهش حاضر نحوه قرارگيري ساختار و ابعاد صفحات رسي به شدت بر ميزان نگهداري آلاينده تأثيرگذار است.

Background and Objective: Various adsorbents have been used for retention of heavy metal contaminants. However, natural dispersive soils and soil morphology have received little attention. The dispersive natural soil used in this study is a clayey soil with micro and nano-scale particles. Accordingly, the main objective of the present study is to investigate retention of heavy metal contaminants and the changes in the structure and morphology of dispersive soils exposed to environmental contaminants. Method: To achieve this objective, environmental and geotechnical tests were performed to investigate and to compare the interaction of natural dispersive soil, bentonite and kaolinite clay samples with lead and zinc. The retention of heavy metals by dispersive soil was investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscope (SEM) images and energy dispersion spectroscopy (EDX) experiments. Conclusion: According to the results, the retention capacity of natural dispersive soil is higher than that of bentonite and kaolinite, because of its morphology, dispersive structure and high percentage of carbonate. Although cation exchange capacity (CEC) of the natural dispersive soil is approximately 50% less than that of bentonite, retention of the heavy metal contaminant in this sample is more than 20% as compared with that of bentonite at high concentrations of heavy metals. Furthermore, the retention capacity of the natural dispersive soil is 2.3 times more than that of kaolinite sample. According to the results obtained in this paper, the orientation and structure of clay platelets strongly influence the retention of contaminant by clay samples.