ممانعت از انتشار فلزات سنگین به سفره‌های آب زیرزمینی با نانوکامپوزیت جدید

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با استفاده از موادی طبیعی و دوستدار محیط زیست، نانوکامپوزیتی سنتز کرده‌اند که می‌تواند منجر به تثبیت فلزات سنگین در خاک شده و از انتشار آن‌ها به آب‌های زیرزمینی جلوگیری کند. این نانوکامپوزیت همچنین به دلیل داشتن ریزمغذی‌های مورد نیاز گیاهان، می‌تواند به عنوان کود نیز به‌کار رفته و منجر به حاصلخیزی خاک‌های آلوده شود.

 
در صنایع معدنی به طور ناخواسته، حجم زیادی از خاک‌های اطراف منطقه‌ی عملیاتی به دنبال حمل و نقل و انباشت مواد و یا انتشار پساب‌ها و گرد و غبار به غلظت‌های بالایی از فلزات آلوده می‌شوند. این آلودگی برای اکوسیستم منطقه خطرناک بوده و باعث عدم حاصلخیزی منطقه و آلودگی سفره‌های آب زیرزمینی می‌شود. برای کاهش سریع خطر محل‌های آلوده، خصوصاً در جایی که آلودگی آب‌های زیرزمینی و مسمومیت گیاهان مطرح است، گزینه‌ی مقرون به صرفه و کم خطر، استفاده از روش تثبیت است.

به گفته‌ی هدی عرب یارمحمدی، دانش آموخته‌ی دکتری مهندسی فرآوری مواد معدنی از دانشگاه تربیت مدرس، در این پژوهش اثر یک نانوافزودنی اصلاح شده در تثبیت آلاینده‌های معدنی در خاک بررسی شده‌است. نتایج این پژوهش نشان داده که نانوکامپوزیت سنتز شده، قابلیت چشمگیری در بی‌تحرک‌سازی فلزات و جلوگیری از انتشار آن‌ها در محیط دارد.

لازم به ذکر است که از آنجا که برای پیش‌بینی عملکرد هر ماده‌ی اصلاح کننده‌ ساده‌ترین روش، استفاده از مدل‌های ژئوشیمیایی نظیر HP است؛ در این تحقیق نیز امکان این پیش‌بینی بررسی و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده‌است.

ممانعت از انتشار فلزات سنگین

عرب یار محمدی معتقد است که جلوگیری از انتشار فلزات در خاک و ورود آن‌ها به آب‌های زیرزمینی بزرگترین اثر این افزودنی خواهد بود. همچنین قابلیت استفاده از شبیه‌ساز HP سرعت پیش‌بینی مهندسی عملکرد ماده را در خاک‌های آلوده افزایش خواهد داد.

اجزای تشکیل دهنده نانوکامپوزیت

وی در معرفی اجزای تشکیل دهنده‌ی این نانوکامپوزیت عنوان کرد: «در سال‌‌های اخیر، بیوچار به عنوان یک ماده‌ی افزودنی ارزان‌‌قیمت برای تثبیت فلزات سنگین در خاک پیشنهاد شده‌است. به همین دلیل در این طرح نیز نانوکامپوزیتی با پایه‌ی اصلی متشکل از بیوچار طراحی شده‌است. اغلب جاذب‌های صنعتی که عملکرد چشمگیر دارند، در صورت تجزیه در محیط، اجزای خطرناکی تولید می‌کنند، اما اجزای تشکیل دهنده‌ی این نانوکامپوزیت، کیتوسان، نانورس و بیوچار هستند که هر سه طبیعی و دوستدار محیط زیست هستند. در کنار آن به دلیل ماهیت بیوچار بودن، به تقویت خاک و حاصلخیزی آن کمک خواهند کرد.»

بیوچار از پیرولیز انواع زیست‌توده قابل تولید است. در این تحقیق از پسماندهای صنعت چوب و کاغذ به‌عنوان زیست‌توده‌ی اولیه استفاده شده‌است. این پسماندها روزانه در مقیاس چندین تن در کارخانه‌های چوب و کاغذ به رایگان در دسترس هستند. به گفته‌ی این محقق از نتایج این کار می‌توان در مدیریت زیستمحیطی وابسته به صنایع آلوده کننده فلزی و معدنی نظیر معادن، کارخانه‌های صنایع فلزی، صنایع رنگ و مشابه آن استفاده نمود.

آزمون های مورد استفاده

در طی این پژوهش از آزمون‌های TGA برای شناسایی رفتار حرارتی زیست‌توده‌ی اولیه، آزمون FTIR ،  TEM و XRD به ترتیب برای شناسایی گروه‌های عاملی، و مشاهده‌ی نحوه‌ی اختلاط اجزای نانوکامپوزیت و بررسی ساختار بلورین نانورس اولیه استفاده شده‌است. پس از تعیین خصوصیات ماده، آزمون‌های جذب در مقیاس پیمانه‌ای و ستونی انجام گرفته و همچنین فراکسیون بندی فلزات در خاک اصلاح شده با نانوکامپوزیت نیز، به کمک آزمون استخراج متوالی خاک (Soil Sequential Extraction) بررسی شده‌است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های هدی عرب یارمحمدی- دانش آموخته دکتری مهندسی فرآوری مواد معدنی از دانشگاه تربیت مدرس- دکتر احمد خدادادی دربان- عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس- پروفسور شورد فاندرزی (Sjoerd van der Zee) از دانشگاه وخنینگن هلند و همکارانشان است. نتایج این کار در مجله‌ی Environmental Science and Pollution Research با ضریب تأثیر2/741 (جلد 25، سال 2018، صفحات 6826 تا 6837) چاپ شده است.

منبع : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29264860

         ستاد ویژه توسعه فناوری نانو