بررسی عوامل موثر بر انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش کربوکسی متیل سلولز در خاک

نانوذرات آهن صفر ظرفیتی (NZVI) به عنوان موادی مستعد برای حذف درجای طیف گسترده ای از آلاینده های آب و خاک از جمله ترکیبات آلی کلردار، آفت کش ها، آنیون های غیرآلی و فلزات سنگین مورد استفاده قرار گرفته اند. از آن جا که برای اجرای موفقیت آمیز یک برنامه پاکسازی، لازم است تا عامل رفع آلودگی به مجاورت آلاینده انتقال یابد، مطالعات زیادی عوامل موثر بر انتقال ذرات NZVI را در محیط های متخلخل مورد بررسی قرار داده اند. در این مطالعات، اغلب از محلول ها مدل و محیط های متخلخل یکنواخت و تعریف شده مانند دانه های شیشه ای و یا شن کوارتزی خالص استفاده شده است. با توجه به اینکه ذرات NZVI بدون پوشش (اصلاح نشده)، حتی در محیط های متخلخل یکنواخت تحرکی چندانی از خود نشان نمی دهند، عوامل پوشش دهنده مختلفی مانند کربوکسی متیل سلولز (CMC) برای اصلاح سطح این ذرات و به منظور افزایش تحرک پذیری این مواد در محیط های متخلخل طبیعی مورد استفاده قرار گرفته اند. تاکنون تحقیقی در زمینه انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش کربوکسی متیل سلولز (CMC-NZVI) در ستون های خاک دست نخورده به منظور بررسی شرایط واقعی که نانوذره در آن منتقل می شود، صورت نگرفته است. از این رو در این تحقیق، عوامل کنترل کننده انتقال نانوذرات در شرایط اشباع با استفاده از نمونه های مختلف خاک که پوشش دهنده طیف وسیعی از خصوصیات محیط های خاکی هستند، مورد بررسی قرار می گیرند.
خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و هیدرولیکی 20 نوع خاک متفاوت و سوسپانسیون CMC-NZVI در عصاره خاک (شامل 29 پارامتر) اندازه گیری شد و پارامترهای انتقال CMC-NZVI در خاک نیز با استفاده از منحنی های رخنه و با به کارگیری مدل سینتیکی دو مکانی معادله انتشار- همرفت تخمین زده شد. سپس بررسی عوامل موثر بر انتقال CMC-NZVI، از طریق آنالیز چند متغیره به روش تجزیه به مولفه های اصلی (PCA) انجام شد. رابطه رگرسیونی چند متغیره خطی بین درصد عبور ذرات CMC-NZVIاز خاک و خصوصیات خاک و نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که بسته به نوع خاک بین 2/10 تا 9/61 درصد جرمی از ذرات CMC-NZVI وارد شده به ستون خاک، از آن عبور کردند که نشان دهنده تحرک پذیری این ذرات در محیط خاک است. هر چند ذرات CMC-NZVIدر خاک هایی که میزان رس و شوری بالایی داشتند به میزان قابل توجهی جذب شدند. نتایج PCA نشان داد که تغییرپذیری خصوصیات مورد مطالعه به وسیله 7 مولفه اصلی و با پوشش 2/88 درصدی تغییرات کل، قابل توصیف است. در بین خصوصیات مورد بررسی، خصوصیات مربوط به شیمی محلول، بیشترین مقادیر بردارهای ویژه را در مولفه ی اصلی اول دارا می باشند. بررسی رابطه رگرسیونی چند متغیره خطی با دو نوع متغیر ورودی شامل متغیرهای اولیه و نمره های عاملی به عنوان متغیرهای ثانویه، با درصد CMC-NZVI انتقال یافته از ستون خاک، نشان داد که مدل رگرسیونی با متغیر ورودی نمره های عاملی، با دارا بودن R2 بیشتر و RMSE کمتر، تخمین بهتری از انتقال پذیری ذرات CMC-NZVI در محیط خاک ارائه می دهد.
نتایج PCA اهمیت شیمی محلول، مقدار رس و خصوصیات هیدرودینامیکی خاک را در میزان انتقال پذیری ذرات CMC-NZVI، نشان می دهد. نتایج این مطالعه پیشنهاد می کند که ذرات CMC-NZVI تحرک کافی برای استفاده به عنوان عامل اصلاح کننده آلودگی را در خاک دارند مگر در شرایطی که مقدار رس و شوری خاک بالا باشد. هرچند مطالعات بیشتری برای بررسی کارآیی این ذرات برای حذف آلاینده ها از خاک و محیط های زیر زمینی نیاز است.