شبیه‌سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی زیست تخریب‌پذیر و سبز در خاک شنی تحت شرایط جریان اشباع ماندگار

سابقه و هدف: یکی از جدید‌ترین فناوری‌ها برای حذف آلاینده‌ها از منابع خاک و آب استفاده از نانوتکنولوژی می‌باشد. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی به دلیل غیر‌سمی بودن، واکنش‌پذیری و سطح ویژه بالا، قدرت جذب‌کنندگی 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 آلاینده‌های مختلف افزایش خواهد یافت. لذا بررسی عوامل موثر بر تحرک و انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و شناسایی مکانیسم‌های 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 هزینههای اجرای طرح میباشد. هدف از انجام این تحقیق شبیه‌سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی پایدار شده با پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر توسط برنامه HYDRUS-1D و همچنین بررسی تاثیر غلظت نانوذرات و قدرت یونی محلول بر انتقال نانوذرات در ستون‌های شن بوده است. مواد و روش‌ها: 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 پایدار‌سازی آنها با پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر 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 دقیقه‌ای 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. شبیه‌سازی انتقال نانوذرات و کلراید در ستون‌های شن به ترتیب توسط نرم‌افزارهای CXTFIT و HYDRUS-1D انجام شد. مدل سینتیک جذب-واجذب با مکانیزم‌های مختلف تئوری پالایش، پالایش فیزیکی و لانگمویر برای نگهداشت نانوذرات در محیط متخلخل برای شبیه‌سازی انتقال نانوذرات در خاک استفاده شدند. یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش مقادیر غلظت نانوذرات آهن صفر ظرفیتی سنتز شده و قدرت یونی محلول، انتقال کلیه نانوذرات سنتز شده در ستون‌های شن کاهش یافت. شبیه‌سازی انتقال نانوذرات توسط مدل سینتیک انتقال ذرات برنامه HYDRUS-1D نشان داد که مکانیسم‌های تئوری پالایش، پالایش فیزیکی و لانگمویر به ترتیب بهترین برآورد را از انتقال نانوذرات دارا بودند. نانوذرات آهن صفر ظرفیتی با پوشش‌های پلی اکریلامید، گوارگام، پلی استایرن سولفونات، پلی وینیل پیرولیدون و نانوذرات بدون پوشش به ترتیب بیشترین تا کمترین انتقال در ستون‌های شن را به خود اختصاص دادند. نتیجه‌گیری: با افزایش پایداری نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و کاهش اندازه آنها، توانایی انتقال آنها در محیط متخلخل افزایش می‌یابد. پلیمر طبیعی و سبز گوارگام سبب اصلاح سطوح نانوذرات آهن صفر ظرفیتی و افزایش پایداری آن‌ها گردید، لذا با توجه به زیست‌تجزیه‌پذیر بودن آن به عنوان جایگزینی برای پلیمرهای مصنوعی پیشنهاد می‌گردد؛ همچنین این پلیمر به دلیل فراوان بودن، ارزان بودن، غیر سمی بودن و ویسکوسیته دینامیک پایین در مقیاس‌های وسیع مزرعه‌ای نیز قابل استفاده و مقرون به صرفه خواهد بود. شبیه‌سازی انتقال نانوذرات آهن صفر ظرفیتی در خاک به درک مکانیسم‌های موثر بر انتقال آن‌ها کمک کرده و مفید است.

Keywords:

انتقال , ستون شن , شبیه سازی , گوارگام , نانوذرات آهن صفر ظرفیتی