تاثیر تناوب‌های خشک و مرطوب بر رهاسازی برخی عناصر از کانی بنتونیت در حضور اسیدهای آلی

نویسندگان

دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

بررسی تأثیر چرخه­های خشک و مرطوب خاک بر چرخه عناصر غذایی، از جنبه­­های مختلف حاصل­خیزی خاک و تغذیه­ی گیاه و مسائل زیست محیطی حائز اهمیت است. این پژوهش با هدف بررسی اثر دو نوع اسید­آلی سیتریک و اگزالیک با غلظت ثابت 10 میلی­مولار و تناوب­های مختلف (0، 1، 3، 6 و 9 مرتبه) خشک و مرطوب شدن بر آزادسازی عناصر سیلیسیم، منیزیم و آهن از کانی بنتونیت (اندازه ذرات بین53 تا 25 میکرون) در قالب طرح کاملاً تصادفی با آرایش فاکتوریل و در سه تکرار انجام شد. مقدار رهاسازی عناصر سیلیسیم به­روش رنگ­سنجی و در رابطه با عناصر آهن و منیزیم با استفاده از دستگاه جذب اتمی GBC مدل Savant AA اندازه­گیری شد. نتایج نشان داد مقدار رهاسازی عناصر به نوع عنصر مورد بررسی، نوع اسیدهای آلی و تعداد دوره­های خشک و مرطوب  بستگی دارد. از میان اسیدهای آلی مورد بررسی رهاسازی منیزیم در نمونه­های تیمار شده با اسید سیتریک بیش از نمونه­های تیمار شده با اسید اگزالیک است. حال آنکه، رهاسازی سیلیسیم و آهن در نمونه­های تیمار شده با اسید اگزالیک بیش از اسید سیتریک است. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش تناوب­های خشک و مرطوب شدن، رهاسازی عناصر از کانی بنتونیت افزایش می­یابد و در این ارتباط کاربرد تکرار تناوب­های خشک و مرطوب در حضور اسیدهای آلی منجر به رهاسازی معنی­دار عناصر از کانی بنتونیت  شد. با توجه به نتایج به­دست آمده، اسید­های آلی اگزالیک و سیتریک را به ترتیب می­توان برای عصاره­گیری آهن و منیزیم از ساختار کانی بنتونیت پیشنهاد کرد.     

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of wetting and drying cycles on release of some elements from bentonite in presence of organic acids

چکیده [English]

The study of drying and wetting cycles in soils is important due to their effects on plant nutrition and soil fertility as well as environmental issues. Therefore, a laboratory experiment was set up with a completely randomized design and factorial arrangement in three replications to identify the influence of wetting and drying cycles in combination with or without application of organic acids on release of silicon, magnesium, and iron from bentonite mineral. Treatments included two organic acids (citric, oxalic) and five drying and wetting cycles (0, 1, 3, 6 and 9). The concentration of Si was measured using colorimetry and those of Mg, and Fe were measured by atomic absorption spectrometry (GBC Savant AA machine). Results showed that the amount of released elements is highly affected by the type of organic acids, and drying and wetting cycles. Among the organic acids, the amount of Mg released from bentonite in citric acid treated samples was greater than those from oxalic acid samples. However, oxalic acid was found to be more effective for extraction of Si and Fe from the bentonite. Results obtained from the wetting and drying experiments showed that with increasing the number of wetting and drying cycles the release of all elements was considerably increased. However, organic acids increase the release of all elements from the mineral. Based on the results, citric and oxalic acids are suggested for extraction of Mg and Fe from the mineral structure of bentonite, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smectite
  • oxalic
  • citric
  • chemical weathering
[1] Karnland O., "Chemical and mineralogical characterization of the bentonite buffer for the acceptance control procedure in a KBS-3 repository", Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co., Stockholm (Sweden) (2010).

[2] Torabi H.,"Genesis, classification and land suitability evaluation of wetland soils for irrigated rice in Eastern Guilan Province", Ph.D. Thesis, College of Agriculture, Isfahan University of Technology (2001) (In Farsi).

[3] Ponnamperuma F. N., “The Chemistry of Submerged Soil", Adv. Agron. 24 (1972) 29-96.

[4] محمودی ش.، حکیمیان م.، (مترجم). "مبانی خاکشناسی"، چاپ نهم، انتشارات دانشگاه تهران، (1389).

[5] Marschner H., "Mineral nutrition of higher plants", Academic Press, London, (1995).

[6] Banik S., Dey B. K., "Alluvial soil microorganisms capable of utilizing in soluble aluminum phosphate as a sole source of phosphorus," Zentralbatt fur Mikrobiologie, 138 (1983) 437-442.

[7] Neumann G., Massonneau A., Martinoia A., Romheld V., "Physiological adaptations to phosphorus deficiency during proteoid root development in white lupine" Planta, 208 (1999) 373-82.

[8] Lu W., Zhang F., Cao Y., "Mobilization of soil phosphorus by low-molecular-weight organic acids," Development in Plant and Soil Sciences, 92(2001) 554-555.

[9] Zhang H., Bloom P.R., "Dissolution kinetics of hornblende in organic acid solutions", Soil Science Society of America Journal, 63(1999) 815-822.

[10] Ambikadevi V. R., Lalithambika M., "Effect of organic acids on ferric iron removal from iron-stained kaolinite", Applied Clay Science, 16(2000) 133-145.

[11] Hradil D., Hostomský J., "Effect of composition and physical properties of natural kaolinitic clays on their strong acid weathering rates", Catena, 49(2002) 171-181.

[12] محمد جعفری ف.، لندی الف.، حجتی س.، عامری خواه ه.، "آزادسازی منیزیم از کانی سپیولیت تحت تاثیر دو اسید آلی"، مجله بلورشناسی و کانی شناسی ایران، 23 (1394) ص 321-330 .

[13] Carter D. L., Mortland M.M., Kemper W.D., "Specific surface". P (1996) 413-423. In: Klute, A. (ed.), Methods of Soil Analysis Part 1: Physical and Mineralogical Methods. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, WI, USA.

[14] Summer M.E., Miller W.P., "Cation exchange capacity and exchange coefficients". P (1996) 1201-1231. In: Bartels, J. M., and Bigham, J.M. (Eds.), Methods of Soil Analysis Part 3: Chemical Methods. Soil Science Society of America and America Society of Agronomy, Madison, WI, USA.

[15] Strobel B.W., "Influence of vegetation on lowmolecular- weight organic carboxylic acids in soils solution a review", Geodema, 99 (2001) 169-198.

[16] Hallmark C.T., Wilding L.P., Smeck N. E., “Silicon”. P (1982) 263-273. In: Page, A.L. Miller, R.H., Keeny, D.R. (eds.), Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Properties. Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, WI, USA.

[17] Mekhemera W. K., Hefneb J. A., Alandisa N. M., Aldayel O.A., Al-Raddadi S., "Thermodynamics and kinetics of Co (II) adsorption onto natural and treated bentonite", Jordan Journal of Chemistry, 3(2008) 409-423.

[18] Khalili F. I., Salameh N. A. H., Shaybe M. M., "Sorption of Uranium (VI) and Thorium (IV) by Jordanian Bentonite", Journal of Chemistry, (2013).

[19] ابراهیمی نصرآبادی خ.، لالوند ا.، "تاثیر مراحل آماده سازی نمونه های بنتونیت شرق ایران در شناخت دقیق آنها"، دوازدهمین همایش بلور شناسی و کانی شناسی ایران، دانشگاه شهید چمران اهواز (1384).

[20] مهوری ر.، نقره‌ئیان م.، مکی‌زاده م.ع.، پورنقشبند غ.ر.، "بررسی کانی شناسی و ژئوشیمییایی کانسار بنتونیت مهرآباد (شرق اصفهان)" مجله بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران، 19 (1390) ص 3-14.

[21] Grim R.E., Guven N., "Bentonites, Geology, Mineralogy, Properties and Uses”, Developments in Sedimentology, 24, Elsevier, Amsterdam, 1978, 256 p.

[22] Pohlman A. A., Mc Coll J. G., “Kinetics of metal dissolution from forest soils by soluble organic acids", Journal of Environmental Quality, 15(1986) 86-92.

[23] Jones D. L., Brassington D. S., "Sorption of organic acids in acid soils and its implications in the rhizosphere", European Journal of Soil Science, 49 (1998) 447-455.

[24] Albert A., Serjeant E. P. "The determination of ionization constants", (Vol. 2). New York: (1984) Chapman and Hall.

[25] Stumm W., Furrer G., Kunz B., "The role of surface coordination in precipitation and dissolution of mineral surfaces", Croatica Chemica Acta, 56(1983) 593-611.





[26] Hering J.G., Stumm W., "Oxidative and reductive dissolution of minerals", P (1990) 427–465. In: Hochella, M.F., White, A.F. (eds.). Mineral Water Interface Geochemistry, Rev Min. Mineralogical Society of America, Washington, USA.

[27] Stucki J. W., Golden D. C., Roth C. B., "Effects of reduction and reoxidation of structural iron on the surface charge and dissolution of dioctahedral smectites", Clays and Clay Minerals, 32 (1984) 350-356.

[28] Scott A. D., Smith S. J., "Mechanism for soil potassium release by drying", Soil Science Society of America Journal, 32(1968) 443-444.

[29] Jackson M. L., Luo J., "Potassium-release mechanism on drying soils: Non-exchangeable to exchangeable potassium by protonation of micas", Soil Science, 141(1986) 225-229.

[30] Sparks D. L., Huang P. M., "Physical chemistry of soil potassium". P (1985) 201-276. In R. D., Munson (ed.) potassium in agriculture. ASA, CSSA and SSSA, Madison, WI.

[31] Harley A. D., Gilkes R. J., "Factors influencing the release of plant nutrient elements from silicate rock powders: a geochemical overview", Nutrient Cycling in Agroecosystems, 56 (2000) 11-36.

[32] Nahon D.B., "Introduction to the petrology of soils and chemical weathering", John Wiley & Sons, (1991) New York.