تأثیر اگزالیک اسید بر جذب کادمیوم توسط بخش رس خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/ ولی عصر رفسنجان

2 دانشگاه ولی عصر رفسنجان

3 عضو هیات علمی/ دانشگاه ولی عصر رفسنجان

چکیده

سابقه و هدف: تحرک، فراهمی زیستی و سرنوشت فلزات سنگین در خاک به‌وسیله واکنش جذب توسط کانی‌ها و مواد آلی خاک کنترل می‌شود. جذب فلزات سنگین توسط خاک به شدت تحت تاثیر اسیدهای آلی با وزن مولکولی کم قرار می‌گیرد. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر اگزالیک اسید بر جذب کادمیوم توسط بخش رس خاک بود.
مواد و روش‌ها: آزمایش‌های جذب وابسته به pH در محدوده 5/9-6pH= و آزمایش‌های جذب وابسته به زمان و هم‌دماهای جذب در 7 pH= انجام گردید. غلظت کادمیوم و اگزالیک اسید به کار رفته در آزمایش‌های جذب وابسته به pH به‌ترتیب 045/0 میلی‌مولار و 5/0 میلی‏مولار بود. آزمایش‌های جذب وابسته به زمان در غلظت ثابت 045/0 میلی‌مولار کادمیوم و غلظت ثابت 5/0 میلی‏مولار اگزالیک اسید در 7 سطح زمانی و هم‌دماهای جذب کادمیوم در محدوده‌ غلظت کادمیوم 013/0 تا 089/0 میلی‌مولار و غلظت ثابت 5/0 میلی‏مولار اگزالیک اسید انجام شدند. تمامی آزمایش‌های مذکور بدون حضور اگزالیک اسید نیز انجام شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اگزالیک ‌اسید جذب کادمیوم را توسط رس در تمامی pH‌های مورد مطالعه کاهش داد. مدل سینتیکی شبه مرتبه دوم، بهترین برازش را در داده‌های جذب کادمیوم داشت. مدل لانگمویر جذب کادمیوم را در تمامی سیستم‌های مورد مطالعه بهتر از مدل فروندلیچ توصیف نمود. ضریب KL مدل لانگمویر که شاخصی از قدرت پیوند عنصر توسط جذب‌شونده است در سیستم شاهد (4/26 لیتر بر گرم) بزرگتر از سیستم حاوی اگزالیک اسید (2/15 لیتر بر گرم) بود که تأییدکننده‌ی شدت کمتر جذب کادمیوم در حضور اگزالیک اسید توسط رس می‌باشد. مقادیر ضریب KF مدل فروندلیچ در سیستم حاوی اگزالیک اسید (2/1 لیتر بر گرم) کوچکتر از سیستم شاهد (8/1 لیتر بر گرم) بود که نشان‌دهنده‌ کاهش تمایل کادمیوم برای جذب بر روی سطوح رس در حضور اگزالیک اسید می‌باشد. به‌منظور تفسیر اثر لیگاند اگزالیک اسید بر رفتار جذبی کادمیوم توسط بخش رس خاک، اطلاعاتی از گونه‌بندی کادمیوم در محلول و pH نهایی سوسپانسیون لازم است. نتایج گونه‌بندی شبیه‌سازی شده به‌وسیله‌ برنامه PhreeqC نشان داد در سیستم شاهد، گونه Cd2+ فراوان‌ترین گونه‌ کادمیوم در pH کمتر از 9 بود. در حضور اگزالیک اسید در pH‌های کمتر از 10 به‌ترتیب گونه‌های Cd2+ و (Cd-Oxalate)°بدون بار، فراوان‌ترین گونه‌های کادمیوم موجود در محلول‌های تعادلی بودند. بنابراین کاهش جذب کادمیوم در حضور اگزالیک اسید در دامنه pH مورد مطالعه، ممکن است به‏دلیل تشکیل گونه (Cd-Oxalate)° باشد که تمایل کمتری برای جذب توسط رس نسبت به گونه آزاد Cd2+ دارد.
نتیجه‌گیری: به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد اگزالیک اسید اثر منفی بر جذب کادمیوم توسط بخش رس خاک دارد. بنابراین می‌تواند نقش مهمی بر فراهمی زیستی و انتقال کادمیوم در خاک داشته باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of oxalic acid on sorption of Cd on a clay fraction of a soil

چکیده [English]

Background and objectives: The mobility, bioavailability and environmental fate of heavy metal ions in soil are controlled by sorption onto soil minerals and solid organic matter. The sorption is strongly affected by the presence of various low-molecular-weight organic acids. The main objective of this study was to investigate the effects of oxalic acid on sorption of Cd on clay fraction of a soil.
Materials and methods: The sorption of Cd on clay was studied as a function of pH and time of equilibrium (Cd concentration: 0.045 mM) in the range of 6-9.5, and as a function of metal concentration (Cd concentration in the range of 0.013-0.089 mM) in the absence and presence of oxalic acid with a fixed concentration of 500 μM at room temperature (23 ± 2 °C). The amounts of Cd sorbed on the adsorbent were calculated from the difference between the metal concentration in the blank and equilibrium concentration of Cd in the solutions.
Results: The results of pH-dependent experiments showed that the oxalic acid decreased sorption of Cd onto the sorbent at all solution pHs. Experimental and modeling data from our kinetic reveal that the pseudo-second-order kinetic model gave the best fit. The Langmuir sorption model describes the interaction between Cd and the clay materials better than the Freundlich model. The value of Langmuir (KL) bonding constant was greater in suspensions without oxalic acid (26.6 Lg-1) as compared to suspensions containing this ligand (15.2 Lg-1). Also, the value of Freundlich (KF) bonding constants was greater in suspensions without oxalic acid (1.2 Lg-1) as compared to suspensions containing this ligand (1.8 Lg-1). These values are indication of low tendency of Cd for sorption on the clay surfaces in the presence of oxalic acid. In order to interpret the effect of oxalate on the sorption behavior of Cd onto the sorbent, knowledge of Cd speciation is essential. Species activities were estimated using the PHREEQC code. In the absence of oxalate, the predominant Cd(II) species is Cd2+ over the pH range 3.0–9.0. In the presence of oxalate, Cd2+ and Cd-Oxalate species were the major solution Cd(II) species at pH ≤10 . The formation of soluble complex of Cd-oxalate may be responsible for the inhibition of Cd sorption by the sorbent.
Conclusion: In general, our results demonstrate that the oxalate could have negative effects on Cd sorption to clay fraction of soils. Thus, it may play an important role in Cd availability and transport in soil.

کلیدواژه‌ها [English]

  • clay
  • oxalic acid
  • Cadmium
  • Sorption