پژوهشگران دانشگاه بوعلی سینای همدان، در طرحی تحقیقاتی به بررسی عملکرد نانوذرات در جداسازی عناصر آلاینده نظیر فسفر از خاک‌های کشاورزی پرداختند. این نتایج مورد توجه سازمان‌های منابع طبیعی و محیط زیست قرار خواهد گرفت.
همدان: تأثیر نانوذرات در حذف فسفر از خاک‌های آهکی
با توجه به کاربرد گسترده‌ی کودهای فسفری توسط کشاورزان، احتمال آب‌شویی فسفر در خاک و آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی وجود دارد. این مطالعه به بررسی روش مناسب برای حذف این عنصر و جلوگیری از رهاسازی آن در برخی از خاک‌های آهکی همدان پرداخته است.
مرضیه تقی‌پور، دانشجوی دکترای کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا، هدف از انجام این کار را تعیین تأثیر نانوذرات اکسید آلومینیوم و اکسید تیتانیوم بر رهاسازی فسفر و مدل‌سازی این تأثیر خواند و افزود: «بر اساس آزمایش‌های انجام شده، این نانوذرات به طور مؤثری می‌توانند در جهت کاهش رهاسازی و آب‌شویی فسفر و در نتیجه کاهش خطرات زیست محیطی آن در خاک‌ها مورد استفاده قرار گیرند. این نتایج می‌تواند به سازمان‌های منابع طبیعی و محیط زیست برای جلوگیری از بحران آلودگی آب کمک کرده تا اقدامات مدیریتی مناسب را اتخاذ کنند.»
تقی پور معتقد است اگرچه به دلیل گران بودن نانوذرات در سطح وسیع نمی‌توان از آن به عنوان جاذب آلاینده‌ها استفاده کرد، اما می‌توانند یک راهکار مناسب در جهت حذف و جلوگیری از آب‌شویی آلاینده‌ها از خاک در سطوح کوچک باشند. دلیل این امر مقایسه‌ی مقدار جذب فسفر توسط نانوذرات و سایر جاذب‌ها و توانایی بسیار بالاتر آن‌ها در جذب آلاینده‌ها نسبت به سایر جاذب‌ها نظیر کانی‌های رسی است.
در روند این مطالعات، نانوذرات خالص اکسید آلومینیوم و اکسید تیتانیوم به تعدادی از خاک‌های آهکی با مقدار ۱ و ۳ درصد اضافه شدند. سپس رهاسازی فسفر از خاک‌های تیمار شده و خاک‌های شاهد با استفاده از عصاره‌گیر کلرید کلسیم (CaCl2) در زمان‌های تعادلی مختلف اندازه‌گیری شد. همچنین برنامه PHREEQC برای مدل‌سازی تأثیر نانوذرات بر رهاسازی به کار رفته است.
نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می‌دهند که نانوذرات می‌توانند به خوبی فسفر را از خاک جذب کرده و رهاسازی آن را کاهش دهند. همچنین حضور نانوذرات در خاک‌های تیمار شده منجر به تبدیل گونه‌های محلول فسفر به گونه‌هایی با قابلیت دسترسی زیستی پایین شده است. مدل شبیه‌سازی شده نیز به خوبی توانست رهاسازی فسفر از خاک‌ها را در حضور نانوذرات پیش بینی کند.
در توضیح این تأثیر باید گفت، گروه‌های هیدروکسیل در سطح نانوذرات، توانایی جذب و پیوند با فسفر رهاشده از خاک را دارند. فسفر آزاد شده از خاک با تشکیل ترکیب‌های سطحی بر روی نانوذرات، توسط خاک جذب شده و در نتیجه از آب‌شویی آن جلوگیری می‌شود. نتایج مدل‌سازی نیز نشان می‌دهد که تشکیل این ترکیب سطحی مهم‌ترین عامل جذب فسفر توسط نانوذرات است.
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Journal of Hazardous Materials (جلد ۲۸۳، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۵۹ تا ۳۷۰) منتشر شده است. این کار از همکاری مرضیه تقی‌پور و دکتر محسن جلالی- عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی سینای همدان- به دست آمده است.
تقی پور معتقد است اگرچه به دلیل گران بودن نانوذرات در سطح وسیع نمی‌توان از آن به عنوان جاذب آلاینده‌ها استفاده کرد، اما می‌توانند یک راهکار مناسب در جهت حذف و جلوگیری از آب‌شویی آلاینده‌ها از خاک در سطوح کوچک باشند. دلیل این امر مقایسه‌ی مقدار جذب فسفر توسط نانوذرات و سایر جاذب‌ها و توانایی بسیار بالاتر آن‌ها در جذب آلاینده‌ها نسبت به سایر جاذب‌ها نظیر کانی‌های رسی است.
در روند این مطالعات، نانوذرات خالص اکسید آلومینیوم و اکسید تیتانیوم به تعدادی از خاک‌های آهکی با مقدار ۱ و ۳ درصد اضافه شدند. سپس رهاسازی فسفر از خاک‌های تیمار شده و خاک‌های شاهد با استفاده از عصاره‌گیر کلرید کلسیم (CaCl2) در زمان‌های تعادلی مختلف اندازه‌گیری شد. همچنین برنامه PHREEQC برای مدل‌سازی تأثیر نانوذرات بر رهاسازی به کار رفته است.
نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می‌دهند که نانوذرات می‌توانند به خوبی فسفر را از خاک جذب کرده و رهاسازی آن را کاهش دهند. همچنین حضور نانوذرات در خاک‌های تیمار شده منجر به تبدیل گونه‌های محلول فسفر به گونه‌هایی با قابلیت دسترسی زیستی پایین شده است. مدل شبیه‌سازی شده نیز به خوبی توانست رهاسازی فسفر از خاک‌ها را در حضور نانوذرات پیش بینی کند.
در توضیح این تأثیر باید گفت، گروه‌های هیدروکسیل در سطح نانوذرات، توانایی جذب و پیوند با فسفر رهاشده از خاک را دارند. فسفر آزاد شده از خاک با تشکیل ترکیب‌های سطحی بر روی نانوذرات، توسط خاک جذب شده و در نتیجه از آب‌شویی آن جلوگیری می‌شود. نتایج مدل‌سازی نیز نشان می‌دهد که تشکیل این ترکیب سطحی مهم‌ترین عامل جذب فسفر توسط نانوذرات است.
نتایج این پژوهش در مجله‌ی Journal of Hazardous Materials (جلد ۲۸۳، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۵۹ تا ۳۷۰) منتشر شده است. این کار از همکاری مرضیه تقی‌پور و دکتر محسن جلالی- عضو هیأت علمی دانشگاه بوعلی سینای همدان- به دست آمده است.
