s. oustan
-
آلودگی خاک های شالیزاری به کادمیم (Cd) در کشورهای تولید کننده برنج یک معضل جدی به شمار می رود. به علاوه، بیوچار یک اصلاح کننده مهم در خاک های شالیزاری آلوده به کادمیم می باشد. با این حال، ضروری است ظرفیت بیوچار برای جذب این فلز سنگین افزایش یابد. بیوچار اصلاح شده با کلرید منیزیم (MgCl2) به طور گسترده ای در حذف فلزهای سنگین از محلول های آبی استفاده شده است. با این حال، اطلاعات کمی درباره کارایی آن در خاک وجود دارد. در مطالعه حاضر تاثیر سطوح مختلف (0، 3 و 5 درصد وزنی) بیوچار پوسته برنج اصلاح شده و اصلاح نشده با MgCl2 (تهیه شده در دمای 600 درجه سلسیوس) بر سینتیک و همدمای جذب کادمیم در یک خاک شالیزاری با بافت رس شنی بررسی شد. نتایج نشان داد که اصلاح بیوچار با MgCl2 باعث افزایش نسبت O/C از 27/0 به 48/0 و افزایش مساحت سطح از 6/195 به m2/g 2/231 شد. خاک های تیمار شده با بیوچارها به مدت 45 روز در دمای 25 درجه سلسیوس انکوباتور نگهداری شدند. سپس، آزمایش سینتیک جذب در غلظت 375 میلی گرم کادمیم بر لیتر در زمان های 25/0، 5/0، 1، 2، 4، 8، 16، 24 و 48 ساعت و آزمایش همدمای جذب در غلظت های 50، 100، 150، 200، 300، 350، 400، 600 و 800 میلی گرم کادمیم بر لیتر انجام گرفت. داده های سینتیکی جذب کادمیم توسط مدل الوویچ با خطای معیار تخمین (SEE) کوچک تر توصیف شدند. همچنین، داده های همدماهای جذب کادمیم توسط مدل فروندلیچ با SEE کوچک تر توصیف شدند. کاربرد 3 و 5 درصد بیوچار اصلاح شده، پارامتر KF مدل فروندلیچ برای جذب کادمیم را به ترتیب 4/2 و 8/2 برابر نسبت به خاک تیمار نشده با بیوچار افزایش داد، در حالی که کاربرد بیوچار اصلاح نشده تاثیری قابل ملاحظه ای بر این پارامتر نداشت. بنابراین، می توان نتیجه گیری کرد که بیوچار پوسته برنج اصلاح شده با MgCl2 قادر به کاهش تحرک و فراهمی کادمیم حتی در یک خاک شالیزاری رس شنی با ظرفیت بالا برای جذب کادمیم بود، هرچند که نتیجه گیری قطعی در این مورد منوط به انجام مطالعات واجذب کادمیم است.
کلید واژگان: خاک رسی، فراهمی کادمیم، مدل الوویچ، مدل فروندلیچIntroductionCadmium (Cd) contamination has been a widespread concern in paddy soils because of its subsequent transfer to the food chain. Biochar amendment is proposed to stabilize Cd in the contaminated soils. However, the pristine biochar shows limited functionality towards Cd sorption in practice. Recently, Mg-modified biochars have attracted much attention for their low toxicity. These biochars are coated by MgO or Mg(OH)2 precipitates during the pyrolysis process. Magnesium chloride (MgCl2)-modified biochars have been used widely in the removal of heavy metals from the aqueous solutions. However, there is little literature about their performance in soils. The present study therefore was conducted to investigate the effects of application of unmodified and MgCl2-modified rice husk biochars on the kinetics and isotherms of Cd sorption in a calyey paddy soil.
Materials and MethodsThe unmodified and MgCl2-modified biochars were produced from rice husk at 600°C. Some relevant characteristics of the produced biochars (including elemental composition, pzc, pH1:10, ash content and BET surface area) were determined. Moreover, the studied soil was taken from a paddy field (0-20 cm) in the Qaemshahr region of Mazandaran province. The biochars (< 0.5 mm) were added to the soil samples at three levels (0, 3, and 5% w/w) and the amended soils were incubated at 25°C for 45 days. Then, the kinetic experiments of Cd sorption at a concentration of 375 mg Cd/L at times of 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 24 and 48 hours and the isothermal experiments of Cd sorption at concentrations of 50, 100, 150, 200, 300, 350, 400, 600 and 800 mg Cd/L were performed. In both kinetic and isotherm experiments, a 0.01 M KCl solution was used as the background electrolyte. Finally, the relevant kinetic and isotherm models were fitted to the sorption data and their parameters were calculated.
Results and DiscussionBiochar characterization indicated that modification with MgCl2 resulted in an increase of the O/C ratio (from 0.27 to 0.48) and pH (from 7.67 to 8.60). This modification also increased the H/C ratio (from 0.032 to 0.071) and the specific surface area (from 195.6 to 231.2 m2/g). As a result, the MgCl2-modified biochar was more hydrophilic and less carbonized than the unmodified one. Moreover, the characteristic peaks of the MgCl2-modified biochar (3700, 1428 and 500 cm-1) were present in its FTIR spectrum. The results revealed that about 74 to 89% of the Cd sorption by the soils occurred in times less than 2 hours. With MgCl2-modification, the sorption equilibration time was reduced from 48 hours to 24 hours. In contrast, the unmodified biochar had no considerable effect on the Cd sorption kinetics. Among the kinetic models, the Elovich model with lower SEE was the best to fit the Cd sorption kinetic data. The intra-particle diffusion model was not satisfactory for Cd sorption on the biochars. Freundlich model with lower SEE well described the Cd sorption isotherms. Application of 3% and 5% MgCl2-modified biochar increased the Freundlich KF parameter by 2.4 and 2.8 times as compared to the control. Moreover, the aforementioned treatments increased the heterogeneity parameter of the Freundlich model (n) from 3.48 to 6.08. The Temkin model could not reasonable fit the sorption data. In contrast, the unmodified biochar did not show any considerable effect on the Cd sorption capacity of the clayey soil used in this research. This finding means that the unmodified biochar could not improve the sorption performance of negatively charged soil clay particles.
ConclusionAccording to the results obtained, it could be concluded that the Cd sorption behavior of the soil treated with unmodified rice husk biochar was similar to that of the untreated soil. Whereas, the MgCl2-modification improved both sorption rate and sorption capacity of the soil for Cd. Application of MgCl2-modified biochar improved the Cd sorption properties of a clayey soil with high intrinsic sorption ability. Thus, this may be a promising approach in remediation of Cd-contaminated paddy soils with the aim of reducing Cd mobility and availability. However, there is need to do more research to create awareness about the importance of biomass nature as well as pyrolysis temperature, the ratio of MgCl2 to biomass, the mechanism of Cd stabilization and the desorption of Cd from soils treated with MgCl2-modified biochars.
Keywords: Cadmium Availability, Clayey Soil, Elovich Model, Freundlich Model -
Original Walkley-Black (OWB) method has been extensively used for measuring Soil Organic Carbon (SOC), mainly because of its convenience. However, the reliability of this method is still under speculation. In recent years, Permanganate Oxidizable Carbon (POXC) has been suggested to be more useful than the total SOC. In the present study, SOC contents of the 20 non-calcareous soil samples (0-20 cm) were determined by the OWB method and its modified versions (WB with external heating and WB using colorimetric determination) to understand their relationships with easy-to-find Soil Organic Matter (SOM) determined by the method of Loss-On-Ignition (LOI) at two temperatures (400 and 550°C). The POXC was also determined in the sampled soils and applicable relationships were specified between these methods. Eight of the 20 soils were selected to determine the accuracy of different WB methods using total organic carbon by CHN elemental analysis. Results showed strong power relationships between LOI and OWB methods. The WB method with external heating exhibited the highest recovery (95.3%) among the tested methods. This could be attributed to the finer soil particles used in the proposed method (less than 0.15 mm) than what has been used in the conventional method (less than 0.5 mm). The POXC method showed a high correlation with OWB method and, on average, accounted for only 4.1% of the Total Organic Carbon (TOC). This would likely reduce the value of POXC as an independent parameter to derive the labile fraction of SOC.
Keywords: Colorimetric method, Loss-on-ignition, Non-calcareous soils, Soil organic carbon -
اکسایش Cr(III) به Cr(VI) در خاک سبب افزایش تحرک کروم و خطرات زیست محیطی ناشی از آن می شود. لذا، بررسی عوامل موثر بر این واکنش حائز اهمیت است. در این تحقیق اثر pH، غلظت کروم و ماهیت محلول زمینه بر اکسایش کروم در تعدادی از خاک های شمال و شمال غرب کشور مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که اکسایش Cr(III) به Cr(VI) در محیط نیتراتی با افزایش pH از 3 به 5 افزایش یافت ولی در محیط کلرایدی بیشترین اکسایش در 4pH= انجام شد. با افزایش غلظت کروم، درصدCr(VI) تولید شده در محیط کلرایدی کاهش یافت ولی در محیط نیتراتی تقریبا ثابت ماند. اکسایش Cr(III) به Cr(VI) با زمان در محیط کلرایدی روند صعودی داشت ولی در محیط نیتراتی در 30 دقیقه یا قبل از آن به حداکثر رسید. این بررسی نشان داد که مقدارCr(VI) تولید شده در محیط نیتراتی با هیچ یک از ویژگی های عمومی خاک های مورد بررسی رابطه معنی داری نداشت ولی در محیط کلرایدی با مقدار منگنز به سهولت قابل کاهش رابطه مثبت معنی دار داشت. همچنین مطالعات سینتیکی نشان داد که معادله پخش سهموی بهترین برازش را به داده های سینتیکی اکسایش Cr(III) به Cr(VI) یافت.
The oxidation of Cr(III) to Cr(VI) in soils causes an increase in chromium mobility and subsequent environmental risks. In this research the influence of pH, Cr(III) concentration and the nature of background solution on chromium oxidation in some soils of north and north-west of Iran were investigated. The results showed that oxidation of Cr(III) to Cr(VI) in nitrate medium increased with increasing pH from 3 to 5, whereas such oxidation in chloride medium became greatest at pH=4. With increasing chromium concentration, percentage of Cr(VI) production decreased in chloride medium and was nearly constant in nitrate media. Oxidation of Cr(III) to Cr(VI) in chloride medium showed a rising increase during the experiment, whereas such oxidation reached a maximum during 30 minutes or earlier in nitrate medium. According to the results, the amount of Cr(VI) production in nitrate medium showed no relation with any general properties of the soils. However, the amount of Cr(VI) production in chloride medium was positively related to easily reducible manganese in the soils. Also, kinetics studies showed that parabolic diffusion equation was best fitted to the data of the oxidation of Cr(III) to Cr(VI).
Keywords: Chloride, Chromium, Easily reducible manganese, Nitrate
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.