تاثیر حضور آلاینده‌های فلزی سنگین سرب و روی در آب حفره‌ای، بر سرشتی‌های فیزیکی و ریزساختاری کائولینیت

نویسندگان

دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

کائولینیت، به عنوان خاک با حساسیت و قابلیت تورم‌پذیری بسیار کم و مقاومت شیمیایی و کارایی بالا، همراه با دیگر عناصر خاک در بستر مراکز دفن زباله‌های شهری و صنعتی، کاربرد دارد. اینگونه مراکز در معرض آلاینده‌های گوناگون هستند. از این‌رو، بررسی چگونگی و تاثیر برهمکنش کائولینیت و آلودگی ضروری به نظر می‌رسد. در بررسی­های گذشته، ارزیابی تاثیر تغییر ویژگی­های شاره­های نفوذی بر سرشتی­های فیزیکی از دیدگاه ریزساختاری، کمتر بررسی شده­است. بر این اساس در این مقاله، فرایند برهمکنش کائولینیت و آلاینده­های فلزات سنگین بر ریزساختار کانی کائولینیت مورد بررسی قرار گرفته­اند. همچنین تلاش شده است تا ارتباط کیفی موثری بین میزان تغییر سرشتی­های فیزیکی- شیمیایی شاره روزنه­ای و تاثیر آن بر ویژگی­های فیزیکی ریزساختار خاک کائولینیت ارائه شود. بدین منظور، خاک رسی کائولینیت به طور مصنوعی و در شرایط آزمایشگاهی با دو آلاینده فلزی سرب و روی و نیز کاتیون تک ظرفیتی سدیم، آلوده شده است. سپس با آزمایش­های فیزیکی و بررسی­های ریزساختاری، تغییر رفتار خاک مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حدود آتربرگ به عنوان شاخص فیزیکی خاک­ها نشان می‌دهد که با افزایش تراکم­های آلاینده، حد روانی کاهش می‌یابد. در حضور تراکم­های بالای کاتیون­های دو ظرفیتی روی و سرب، به ترتیب، به دلیل شکل‌گیری ساختار لخته­ای و انباشت آب در روزنه­های ایجاد شده، نرخ کاهش حد روانی کمتر است. نتایج تصاویر SEM و میزان تغییرات شدت قله پراش پرتو X نیز تغییر ساختار در ریزبافت خاک و تشکیل ساختار لخته­ای را تایید می‌کنند

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Impact of Heavy Metal Contaminants of Lead and Zinc on the Physical and Microstructure of Kaolinite

چکیده [English]

Kaolinite is non-sensitive, low swelling clay with high chemical resistance and high workability. It is commonly found as a major fraction of clay liner in waste disposal sites. These clay liners are usually exposed to different concentrations of heavy metals. Even though there are several researches focusing on the interaction process of kaolinite and heavy metal contaminations, there are only few researches have been conducted to evaluate the influence of pore fluid properties on the microstructure of clayey soils. Therefore, the aim of this research is to investigate the impact of kaolinite and heavy metal interactions on the microstructure of kaolinite. For this purpose, kaolinite soil were laboratory contaminated with different concentrations of lead and zinc nitrates. Then, with performance of a series of physical and microstructural analysis, the change on the behaviour of contaminated kaolinite is assessed. The result of atterberg limits tests as physical experiment shows that with an increase on the concentration of heavy metal contamination, a decrease on the liquid limit happens. Furthermore, in the presence of high concentrations of zinc and lead ions, due to the formation of flocculated structure and retention of water in macropores of soil, the rate of reduction on the liquid limit decreases. The results of SEM micrograph and the variations on the intensity of the XRD peaks confirm the noticeable change on the microstructure of kaolinite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microstructural properties
  • Liquid Limit
  • kaolinite
  • Pore fluid
  • SEM micrograph
  • XRD

مراجع

[1] Bolt, G.H., 1956., “Physico-chemical analysis of the compressibility of pure clays”, Geotechnique 6, No. 2: 86-93.

[2] Mesri, G., Olson,, R.E., 1971., “Consolidation characteristics of montmorillonite”, Geotechnique 21, No. 4: 341-352.

[3] Brandl, H., 1992., “Mineral liners for hazardous waste contaminants”, Geotechnique 42, No. 1: 57-65.

[4] Srivastava P., Singh B., Angove M., 2005., “Competitive adsorption behavior of heavy metals on kaolinite, Journal of Colloid and Interface Science”, Volume 290, Issue 1, 1 pp. 28-38.

[5] Yong R. N., Mulligan C. N., 2004., “Natural attenuation of contaminants in soils”, CRC Press, New York: 319.

[6] Ouhadi V.R., Yong R.N., Sedighi M., 2006., “Influence of heavy metal contaminants at variable pH regimes on rheological behaviour of bentonite”, Applied Clay Science 32: 217-231.

[7] Sridharan A., Jayadeva M.S., 1982., “Double layer theory and compressibility of clays”, Geotechnique 32: 133-144.

[8] Pusch R., Schomburg J., 1999., “Impact of microstructure on the hydraulic conductivity of undisturbed and artificially prepared smectitic clay”, Engineering Geology 54: 167–172.

[9] Egloffstein T.A., 2001., “Natural bentonite – influence of ion exchange and partial desiccation on permeability and self-healing capacity of bentonite used in GCLs”, J. Geotextiles and Geomembranes, No. 19: 427-444.

[10] Andreola F., Castellini E., Lusvardi G., Menabue L., Romagnoli M., 2007., “Release of ions from kaolinite dispersed in deflocculant solutions”, Applied Clay Science, Volume 36, Issue 4, :271-278.

[11] Yong R.N., 2000., “Geoenvironmental engineering, contaminated soils”, pollutant fate and mitigation. CRC Press.

[12] Miranda-Trevino J.C., Coles C.A., 2003., “Kaolinite properties”, Structure and influence of metal retention on pH. Applied Clay Science 23: 133-139.

[13] Bhattacharyya K. G., Gupta S. S., 2006., “Pb(II) uptake by kaolinite and montmorillonite in aqueous medium: Influence of acid activation of the clays Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects”, Vol. 277, Issues 1-3, 5;: 191-200.

[14] Coles C.A., Yong R.N., 2002., “Aspects of kaolinite characterization and retention of Pb and Cd”, Applied Clay Science 22: 39-45.

[15] American Society for testing and materials, ASTM. 1992. Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia, Vol. 4, 08.





















































[16] Yong R.N., Warkentin B.P., 1966., “Introduction to soil behaviour”, Mc Millan Co., London.

[17] Sridharan A., Rao S.M., Murthy N.S., 1988., “Liquid limit of kaolinitc soils”, Geotechnique 38, No. 2: 191-198.

[18] Hou Renkou Xu, T., Zhao A., 2007., “Interaction between electric double layers of kaolinite and Fe/Al oxides in suspensions”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 297, Issues 1-3, 5 pp. 91-94.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری: 15 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش: 11 تیر 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار