شبیه سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی زیست تخریب پذیر و سبز در خاک شنی تحت شرایط جریان اشباع ماندگار

یکی از جدید ترین فناوری ها برای حذف آلاینده ها از منابع خاک و آب استفاده از نانوتکنولوژی می باشد. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی به دلیل غیر سمی بودن، واکنش پذیری و سطح ویژه بالا، قدرت جذب کنندگی مطلوب کاربرد زیادی در تصفیه و پالایش منابع آلوده آب و خاک دارند. با افزایش انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در محیط، کارایی آنها در احیاء و حذف آلاینده های مختلف افزایش خواهد یافت. لذا بررسی عوامل موثر بر تحرک و انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و شناسایی مکانیسم های موثر برانتقال و نگهداشت آنها در خاک اهمیت فراوانی دارد. پلیمر طییعی و سبز گوارگام که یک پلیمرمحلول در آب و طبیعی از گروه پلی ساکاریدها میباشد دارای خواص مطلوبی از قبیل غیرسمی، آبدوست، پایداری بالا، رسوب کم به دلیل ویسکوسیته استاتیک بالا، فشار اندک در زمان پمپاژ به دلیل ویسکوسیته دینامیک اندک و مهمتر از همه ارزان بودن و کاهش هزینه های اجرای طرح میباشد. هدف از انجام این تحقیق شبیه سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده با پلیمرهای زیست تخریب پذیر توسط برنامه HYDRUS-1D و همچنین بررسی تاثیر غلظت نانوذرات و قدرت یونی محلول بر انتقال نانوذرات در ستون های شن بوده است.

نانوذرات آهن صفر ظرفیتی به روش احیای شیمیایی سولفات آهن توسط بوروهیدرید سدیم سنتز شدند. به منظور جلوگیری از مجتمع شدن و هماوری نانوذرات نسبت به پایدار سازی آنها با پلیمرهای زیست تخریب پذیر پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و پلی اکریلامید (PAM) و پلیمر طبیعی، سبز و غیر سمی گوارگام (GG) و همچنین پلیمر پلی استایرن سولفونات (PSS) اقدام گردید. انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در این تحقیق بصورت ستونی (پیوسته) بوده که پمپاژ نانوذرات توسط پمپ پریستالیک با یک پالس 15 دقیقه ای انجام شد. مطالعه مذکور بصورت 2 آزمایش جداگانه، بصورت فاکتوریل با 2 فاکتور شامل نوع نانوذرات و غلظت نانوذرات و آزمایش دیگر نوع نانوذرات و قدرت یونی و 3 تکرار در قالب طرح کاملا تصادفی، انجام گردید. شبیه سازی انتقال نانوذرات و کلراید در ستون های شن به ترتیب توسط نرم افزارهای CXTFIT و HYDRUS-1D انجام شد. مدل سینتیک جذب-واجذب با مکانیزم های مختلف تیوری پالایش، پالایش فیزیکی و لانگمویر برای نگهداشت نانوذرات در محیط متخلخل برای شبیه سازی انتقال نانوذرات در خاک استفاده شدند.

نتایج نشان داد که با افزایش مقادیر غلظت نانوذرات آهن صفر ظرفیتی سنتز شده و قدرت یونی محلول، انتقال کلیه نانوذرات سنتز شده در ستون های شن کاهش یافت. شبیه سازی انتقال نانوذرات توسط مدل سینتیک انتقال ذرات برنامه HYDRUS-1D نشان داد که مکانیسم های تیوری پالایش، پالایش فیزیکی و لانگمویر به ترتیب بهترین برآورد را از انتقال نانوذرات دارا بودند. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش های پلی اکریلامید، گوارگام، پلی استایرن سولفونات، پلی وینیل پیرولیدون و نانوذرات بدون پوشش به ترتیب بیشترین تا کمترین انتقال در ستون های شن را به خود اختصاص دادند.

با افزایش پایداری نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و کاهش اندازه آنها، توانایی انتقال آنها در محیط متخلخل افزایش می یابد. پلیمر طبیعی و سبز گوارگام سبب اصلاح سطوح نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و افزایش پایداری آن ها گردید، لذا با توجه به زیست تجزیه پذیر بودن آن به عنوان جایگزینی برای پلیمرهای مصنوعی پیشنهاد می گردد؛ همچنین این پلیمر به دلیل فراوان بودن، ارزان بودن، غیر سمی بودن و ویسکوسیته دینامیک پایین در مقیاس های وسیع مزرعه ای نیز قابل استفاده و مقرون به صرفه خواهد بود. شبیه سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در خاک به درک مکانیسم های موثر بر انتقال آن ها کمک کرده و مفید است.