
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,643,760 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,240,112 |
اثر بیوچارهای تهیهشده در دماهای مختلف و فلز روی بر جذب و واجذب سرب در یک خاک رسی آهکی | ||
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار | ||
دوره 10، شماره 4، اسفند 1399، صفحه 99-117 اصل مقاله (742.94 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2021.18205.1965 | ||
نویسندگان | ||
صادق رئیسی1؛ حمیدرضا متقیان* 2؛ علیرضا حسین پور3 | ||
1دانشآموخته کارشناسیارشد ،گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهرکرد | ||
2دانشیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهرکرد | ||
3استاد ، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشگاه شهرکرد | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: آلودگی خاک با فلزات سنگین در نتیجه توسعه صنایع و معادن موجب نگرانیهای زیادی شده است. آلودگی همزمان خاکها با فلزات سنگین مختلف به یکی از مهمترین چالشهای زیستمحیطی برای مدیریت خاکهای آلوده تبدیل شده است. غلظت بالای سرب (Pb2+) تهدیدی برای سلامت انسان و استفاده پایدار از اراضی کشاورزی بهدلیل سمیت و تجزیهناپذیری آن است. استفاده ازبیوچار بهعنوان یک راهکار تثبیتکننده و دوستدار محیطزیست اخیراً توجه گستردهای را در جهان به خود جلب کرده است. مواد و روشها: مطالعه حاضر با هدف بررسی تأثیر استفاده از بیوچار برگ گردو تهیهشده در دماهای مختلف (۲۰۰ (B200)، ۴۰۰ (B400) و ۶۰۰ (B600) درجه سلسیوس) بر فرایند جذب (غلظتهای 5/0، 1، 2، 3، 4، 6، 7 و 8 میلیمولار سرب) و واجذب سرب در دو سیستم منفرد (Pb2+) و رقابتی (Pb2+ + Zn2+) و در دو زمان انکوباسیون (۳۰ و ۹۰ روز) در یک خاک آهکی رسی انجام شد. در این پژوهش 3 گرم (1 درصد وزنی- وزنی) از تیمارهای بیانشده به 300 گرم از نمونه خاک مورد مطالعه در قوطیهای پلاستیکی اضافه و بهمدت 90 روز در دمای 2±21 درجه سلسیوس و رطوبت 80 درصد ظرفیت مزرعه انکوبه شد. سپس در زمانهای 30 و 90 روز پس از انکوباسیون از خاکها نمونهبرداری و مطالعههای جذب و واجذب انجام گرفت. یافتهها: نتایج نشان داد که حداکثر گنجایش جذب سرب (qm) با افزایش دمای گرماکافت بیوچار افزایش یافت، بهطوری که تیمار B600 بیشترین گنجایش جذب را داشت. مقدار این ضریب در حضور روی کاهش یافت (05/0p <). با گذشت 90 روز انکوباسیون حداکثر گنجایش جذب سرب توسط تیمارهای بیوچار کاهش محسوسی نشان داد. بیشترین مقدار انرژی پیوند سرب (KL) در تیمار بیوچار تهیهشده در دمای 600 درجه سلسیوس بود. مقدار این ضریب در سیستم رقابتی نسبت به منفرد کاهش یافت. پس از گذشت 90 روز انکوباسیون در هر دو سیستم جذب مقدار انرژی پیوند سرب نسبت به زمان 30 روز کاهش داشت (05/0p <). نتایج آزادسازی سرب توسط عصارهگیر ۱۰ میلیمولار CaCl2 (کمتر از ۱ درصد از Pb2+ جذبشده) نشان داد که مکانیسم جذب سرب در مکانهای تبادلی توسط بیوچار برگ گردو از اهمیت کمی برخوردار است و احتمالاً مکانیسم اصلی تثبیت سرب در تیمارها رسوب با فسفات میباشد. نتیجهگیری: بهطور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که با این وجود که خاک مورد مطالعه قابلیت جذب سرب بالایی داشت، اما کاربرد 1 درصد بیوچار تهیهشده از برگ گردو در دمای 600 درجه سلسیوس میتواند با تأثیر بر ویژگیهای جذب سرب در خاک آهکی رسی در سیستمهای منفرد و رقابتی به کاهش تحرک سرب منجر شود. | ||
کلیدواژهها | ||
انکوباسیون؛ سیستم رقابتی؛ همدمای لانگمویر؛ دمای گرماکافت | ||
مراجع | ||
1.Ahmad, M., Lee, S.S., Dou, X., Mohan, D., Sung, J.K., Yang, J.E., and Ok, Y.S. 2012. Effects of pyrolysis temperature on soybean stover and peanut shell-derived biochar properties and TCE adsorption in water. Bioresource Technology. 118: 536-544.
2.Ahmad, M., Ok, Y.S., Kim, B.Y., Ahn, J.H., Lee, Y.H., Zhang, M., Moon, D.H., Al-Wabel, M.I., and Lee, S.S. 2016. Impact of soybean stover- and pine needle-derived biochars on Pb and As mobility, microbial community, and carbon stability in a contaminated agricultural soil. Journal of Environmental Management. 166: 131-139.
3.Ahmad, M., Sang, S.L., Lim, J.E., Lee, S.E., Ju, S.C., Moon, D.H., Hashimoto, Y., and Yong, S.O. 2014. Speciation and phytoavailability of lead and antimony in a small arms range soil amended with mussel shell, cow bone and biochar: EXAFS spectroscopy and chemical extractions. Chemosphere. 95: 433-441.
4.Bolan, N., Kunhikrishnan, A., Thangarajan, R., Kumpiene, J., Park, J., Makino, T., Kirkham, M.B., and Scheckel, K. 2014. Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils – To mobilize or to immobilize? Journal of Hazardous Materials. 266: 141-166.
5.Bolan, NS., Adriano, DC., and Naidu, R. 2003. Role of phosphorus in im- and mobilization and bioavailability of heavy metals in the soil-plant system. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 177: 1-44.
6.Cao, T., Chen, W., Yang, T., He, T., Liu, Z., and Meng, J. 2017. Surface characterization of aged biochar incubated in different types of soil. Bioresource Technology. 12: 6366-6377.
7.Cao, X., Ma, L., Gao, B., and Harris, W. 2009. Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and atrazine. Environmental Science & Technology. 43: 3285.
8.Deng, Y., Huang, S., Laird, D.A.,Wang, X., and Meng, Z. 2019. Adsorption behaviour and mechanisms of cadmium and nickel on rice straw biochars in single-and binary-metal systems. Chemosphere. 218: 308-318.
9.Ding, Y., Liu, Y., Liu, S., Li, Z., Tan, X., Huang, X., Zeng, G., Zhou, Y., Zheng, B., and Cai, X. 2016. Competitive removal of Cd (II) and Pb (II) by biochars produced from water hyacinths: performance and mechanism. The Royal Society of Chemistry. 6: 5223-5232.
10.Dong, X., Wang, C., Li, H., Wu, M., Liao, S., Zhang, D., and Pan, B. 2014. The sorption of heavy metals on thermally treated sediments with high organic matter content. Bioresource Technology. 160: 123-128.
11.Garcia-Perez, M., Chaala, A., and Roy, C. 2002. Vacuum pyrolysis of sugarcane bagasse. The Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 65: 111-136.
12.Gee, G.H., and Bauder, J.W. 1986. Particle size analysis. P 383-409, In: A. Klute (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 2 physical properties. American Society of Agronomy Madison, WI.
13.Guo, Y., Tan, W., Wu, J., Huang, Z., and Dai, J. 2014. Mechanism of Cu (II) adsorption inhibition on biochar by its aging process. Journal of Environmental Science. 26: 2123-2130.
14.Hamzenejad, R., Sepehr, E., Khodaverdiloo, H., Samadi, A., and Rasouli-Sadaghiani, M.H. 2020. Characterization of cadmium adsorption on two cost-effective biochars for water treatment. Arabian Journal of Geosciences. 13: 448-452.
15.Hamzenejad, Sepehr, E., Samadi, A., Rasouli-Sadaghiani, M.H., and Khodaverdiloo, H. 2017. Kinetic and thermodynamic study of cadmium (Cd) adsorption by grape and apple pruning residues biochars. Journal of Environmental Studies. 43: 401-416. 16.Hamzenejad, R., Sepehr, E., Samadi,A., Rasouli-Sadaghiani, M.H., and Khodaverdiloo, H. 2018. Effect of apple pruning residue biochar on chemical forms, mobility factor index (MF) and reduced partition index (IR) of heavy metals in a contaminated soil. Water and Soil Science (Agricultural Science).28: 65-78.
17.Han, L., Qian, L., Liu, R., Chen, M., Yan, J., and Hu, Q. 2017. Lead adsorption by biochar under the elevated competition of cadmium and aluminum. Scientific Reports. 7: 2264-2273.
18.Hosseinpur, A.R., Motaghian, H.R.,and Salehi, M.H. 2012. Potassium release kinetics and its correlation with pinto bean (Phaseolus vulgaris) plantindices. Plant, Soil and Environment. 58: 328-333.
19.Houben, D., Evrard, L., and Sonnet, P. 2013. Mobility, bioavailability and pH-dependent leaching of cadmium, zinc and lead in a contaminated soil amended with biochar. Chemosphere. 92: 50-57.
20.Kabiri, P., Motaghian, H., and Hosseinpur, A. 2019. Effects of walnut leaves biochars on lead and zinc fractionation and phytotoxicity in a naturally calcareous highly contaminated soil. Water, Air, and Soil Pollution.230: 257-263.
21.Khodaverdiloo, H., Han, F.X., Hamzenejad, R., Karimi, A., Moradi, N., and Kazery, J.A. 2020. Potentially toxic element contamination of arid and semi-arid soils and its phytoremediation.Arid Land Research and Management. 34: 361-391.
22.Kwak, J.H., Islam, M.S., Wang, S., Messele, S.A., Naeth, M.A., El-Din, M.G., and Chang, S.X. 2019. Biochar properties and lead (II) adsorption capacity depend on feedstock type, pyrolysis temperature, and steam activation. Chemosphere. 231: 393-404.
23.Leoppert R.H., and Suarez D.L. I996. Carbonate and gypsum. P 437-447,In: D.L. Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3, Chemical methods. SSSA Madison, WI.
24.Lindsay, W.L., and Norvell, W.A. 1978. Development of a DTPA test for zinc‚ Iron‚ manganese and copper. Soil Science Society of America Journal.42: 421-428.
25.Lu, K., Yang, X., Gielen, G., Bolan, N., Ok, Y.S., Niazi, N.K., Xu, S., Yuan, G., Chen, X., Zhang, X., and Liu, D.2017. Effect of bamboo and ricestraw biochars on the mobility and redistribution of heavy metals (Cd,Cu, Pb and Zn) in contaminated soil. Journal of Environmental Management. 186: 285-292.
26.McBride, D.B. 1994. Environmental Chemistry of Soils. Oxford University Press, New York. 416p.
27.Melo, L.C., Puga, A.P., Coscione, A.R., Beesley, L., Abreu, C.A., and Camargo, O.A. 2016. Sorption and desorption of cadmium and zinc in two tropical soils amended with sugarcane-straw-derived biochar. Journal of Soils and Sediments. 16: 226-234.
28.Misono, M., Ochiai, E., Saito, Y., and Yoneda, Y. 1967. A new dual parameter scale for the strength of Lewis acids and bases with the evaluation of their softness. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 29: 2685-2691.
29.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1996. Total carbon, organic carbon and organic matter. P 961-1010, In: D.L. Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3, Chemical Methods, SSSA. Madison, WI.
30.Park, J.H., Cho, J.S., Ok, Y.S., Kim, S.H., Heo, J.S., Delaune, R.D., and Seo, D.C. 2016. Comparison of single and competitive metal adsorption by pepper stem biochar. Archives of Agronomy and Soil Science. 62: 617-632.
31.Park, J.H., Choppala, G., and Lee, J. 2013. Comparative sorption of Pb and Cd by biochars and its implication for metal immobilization in soils. Water, Air and Soil Pollution. 224: 1711-1720.
32.Raeisi, S., Motaghian, H.R., and Hosseinpur A.R. 2020. Effect of the soil biochar aging on the sorption and desorption of Pb2+ under competition of Zn2+ in a sandy calcareous soil. Environmental Earth Sciences. 79: 1-12.
33.Rhoades, J.D. 1996. Salinity electrical conductivity and total dissolved solids.P 417-437, In: D.L. Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3 chemical methods. American Society of Agronomy Madison, WI.
34.Shen, Z., Hou, D., Jin, F., Shi, J., Fan, X., Tsang, D.C., and Alessi, D.S. 2019. Effect of production temperature on lead removal mechanisms by rice straw biochars. The Science of Total Environment. 655: 751-758.
35.Shen, Z., Hou, D., Zhao, B., Xu, W., Ok, YS., Bolan, NS., and Alessi, D.S. 2018. Stability of heavy metals in soil washing residue with and without biochar addition under accelerated ageing.The Science of Total Environment.619-620: 185-193.
36.Sposito, G.L., Lund, J., and Chang, A.C. 1982. Trace metal chemistry in arid-zone field soils amended with sewage sludge: I. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd, and Pb in solid phases. Soil Science Society of America Journal. 46: 260-265.
37.Sumner, M.E., and Miller, W.P. 1996. Cation exchange capacity and exchange coefficients. P 1201-1231, In: D.L. Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3, Chemical methods. SSSA Madison. WI.
38.Svilovic, S., Rusic, D., and Zanetic, R. 2008. Thermodynamics and adsorption isotherms of copper ions removal from solutions using synthetic zeolite x. Chemical and Biochemical Engineering. 3: 299-305.
39.Thomas, G.W. 1996. Soil pH and soil acidity. P 475-490, D.L. In: Sparks (ed.), Methods of Soil Analysis. Part 3, Chemical Methods, SSSA. Madison, WI.
40.Usman, A.R.A. 2008. The relative adsorption selectivites of Pb, Cu, Zn,Cd and Ni by soils developed on shale in New Valley .Egypt. Geoderma.144: 334-343.
41.Van Poucke, R., Allaert, S., Ok, Y.S., Pala, M., Ronsse, F., Tack, F.M.G., and Meers, E. 2019. Metal sorption by biochars: A trade-off between phosphate and carbonate concentration as governed by pyrolysis conditions. Journal of Environmental Management. 246: 496-504.
42.Wang, Z., Liu, G., Zheng, H., Li, F., Ngo, H.H., Guo, W., Liu, C., Chen, L., and Xing, B. 2015. Investigating the mechanisms of biochar’s removal of lead from solution. Bioresource Technology. 177: 8-17. 43.Whitten, K.W., and Gailey, K.D. 1981. General Chemistry. Saunders College Publishing, New York. 1069p.
44.Xue, C., Zhu, L., Lei, S., Liu, M., Hong, C., Che, L., Wang, J., and Qiu, Y.2020. Lead competition alters the zinc adsorption mechanism on animal-derived biochar The Science of Total Environment. 2: 136-152.
45.Yang, X., Chen, X., and Yang, X. 2019. Effect of organic matter on phosphorus adsorption and desorption in a black soil from Northeast China. Soil and Tillage Research. 187: 85-91.
46.Ye, S., Zeng, G., Wu, H., Zhang, C., Liang, J., Dai, J., Liu, Z., Xiong, W., Wan, J., Xu, P., and Cheng, M. 2017. Co-occurrence and interactions of pollutants, and their impacts on soil remediation-A review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 47: 1528-1553.
47.Zhang, F., Xiaoxia, O., Chen, S.H., and Xie, Q. 2012. Competitive adsorption and desorption of copper and lead in some soil of North China. Environmental Engineering Science.64: 484-492. 48.Zhou, N., Zu, J., Feng, Q., Chen, H., Li, J., Zhong, M.E., Zhou, Z., and Zhuang, S. 2019. Effect of pyrolysis condition on the adsorption mechanism of heavy metals on tobacco stem biochar in competitive mode. Environmental Science and Pollution Research.26: 26. 26947-26962. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 806 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 335 |