تطبیقات تکنولوجیا اللیزر وجسیمات النانو فی علاج التربة الزراعیة بإزالة المعادن الثقیلة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة - جامعة القاهرة، مصر.

2 أستاذ مساعد تطبیقات اللیزر فی التکنولوجیا الحیویة الزراعیة- المعهد القومی لعلوم اللیزر-ج. القاهرة، مصر.

3 أستاذ مساعد تطبیقات اللیزر فی الهندسة الزراعیة - المعهد القومی لعلوم اللیزر- جامعة القاهرة، مصر.

4 مدرس مساعد- تطبیقات اللیزر فی الهندسة الزراعیة- المعهد القومی لعلوم اللیزر- جامعة القاهرة، مصر.

المستخلص

تعتبر التربة المورد الطبیعی الأساسی اللازم لإنتاج أکثر من  95% من الغذاء العالمی وکذا إنتاج الألیاف. ولهذا فهی تعد مطلب أساسی للحیاة علی الأرض. وقد أدی الری بالمیاه الملوثة والحاویة للمخلفات واستخدام المخصبات الکیمیائیه و المبیدات الحشریة إلی زیادة کمیة المعادن الثقیلة لیتجاوز الحدود القصوى المسموح بها. مما  أدی إلی انتقالها للإنسان بواسطة النباتات المزروعة فی تربه ملوثه.
 ولذلک أجریت تقنیات عده لإزالة المعادن الثقیلة من التربة مثل الغسیل والتنقیة النباتیة للتریه والحرکة الکهربیة. لذا فقد کان الهدف من هذا البحث تحضیر جسیمات الحدید النانویه وکذا جسیمات الحدید النانویه المترسبة على سطح جسیمات السلیکا النانویه بطریقة کیمیائیة وتشعیعها بلیزر الأکسیمر النبضی وذلک لإزالة المعادن الثقیلة من التربة.
تم إجراء هذه الدراسة فی المعهد القومی لعلوم اللیزر(NILES) بجامعة القاهرة. تم جمع عینات من تربه زراعیة (قریة خلف الله- أبو کبیر- محافظة الشرقیة) ذات محتوی تلوث عالی حیث تروی بمیاه صرف صحی وزراعی. تم أخذ العینات من طبقات مختلقه: الطبقة السطحیة (0-15 سم)، الطبقة الوسطی (15-30 سم)، والطبقة السفلی (30-45 سم). وقد تم إعداد عینات التربة قبل المعالجة بتجفیفها هوائیا وخلطها جیدا ثم وضعها فی أعمدة التربة طبقا لعمقها.   وقد تم تقدیر ترکیز العناصر الثقیلة (الرصاص، الکادمیوم، النحاس والنیکل) فی العینات الغیر معالجة وکذلک بعد تشبع أعمدة التربة بالجسیمات النانویة (  50مل جسیمات نانویة مخلوطة مع 450 مل میاه مقطرة). تم استخدام تقنیة الامتصاص الذری (AAS)     لتقدیر سریع ودقیق للعناصر کمیاً. کما تم تأکید النتائج المتحصل علیها فی المعمل المرکزی لتحلیل العناصر والنظائر بهیئة الطاقة الذریة.
ویمکن تلخیص النتائج المتحصل علیها فی هذه الدراسة کمایلی:

عند تشعیع جسیمات الحدید النانویه بواسطة أکسیمر اللیزر النبضی 308 نانومیتر لوحظ أن هناک زیادة فی الامتصاص تبعا للزیادة فی عدد النبضات (50- 75- 100 ألف نبضه) وذلک بسبب زیادة عدد الجسیمات و صغر حجمها، وبالنظر إلی  الصور التی تم الحصول علیها من المیکروسکوب الالکترونی تبین أنها تصف عملیة تصغیر الحجم.
کل أحجام جسیمات  الحدید النانویه و کذلک جسیمات الحدید النانویه المترسبة على سطح جسیمات السلیکا النانویه تعتبر تقنیه جیده فى تنقیة التربه من الرصاص و الکادمیوم و النحاس.
وجد أن کفاءة إزالة المعادن الثقیلة تختلف بین طبقات التربة الثلاثة وکانت للرصاص 84٫62 ٬  69٫80 61٫04٬  % وللکادمیوم 98٫05 ٬  83٫76  ٬  62٫14% وللنحاس 67٫58 ٬  63٫76 ٬  59٫33   علی الترتیب وذلک بالمعالجة باستخدام جسیمات الحدید النانویه المشعع بـ 50 ألف نبضة لیزر.
لوحظ أن الإزالة ذات کفاءة أقل فی حالة النیکل  وکانت81,32 ٬ 39٫83  ٬ 8٫53 % لطبقات التربة الثلاثة.

الموضوعات الرئيسية


Abdel-Sabour, M. F.; F.M. Abdou; I.M. Elwan and Y.J. Al-Salama. 2002. Chromium fractions changes compared with total-Cr as determined by neutron activation analysis technique. Sixth Radiation Physics Conference, October 27-30, 2002, Assiut, Egypt.
Alwan, I.; M.A. Rizk and M. F. Abdel-Sabour. 2002. Effect of irrigation with wastewater on Zn fractions in some contaminated soils in Egypt. Egypt. J. Appl. Sci. 17(10): 850-864.
Badr,Y.; M.G. Abd El-Wahed and M.A. Mahmoud. 2006. On 308 nm photofragmentation of the silver nanoparticles. Applied Surface Science. 253: 2502–2507.
Badr Y. and M.A. Mahmoud. 2007. Excimer laser photofragmentation of metallic nanoparticles. Physics Letters A. 370: 158–161.
Badr,Y. M.G. Abd El-Wahed and M.A. Mahmoud. 2008. Photocatalytic degradation of methyl red dye by silica nanoparticles. Journal of Hazardous Materials 154: 245–253.
Bettinelli, M.; G.M. Beone; S. Spezia and C. Baffi.  2000. Determination of heavy metals in soils and sediments by microwave-assisted digestion and inductively coupled plasma optical emission spectrometry analysis. Analytica Chimica Acta. 424 (2)289-296.
El-Sayed, E.A. and M.N. Hegazy. 1993. Total contents and extractable amounts of Cd, Co, Cr and Ni in some soils of El-Fayoum Governorate. J. of Agric. Resh. and Develop. 7:46-56.
Fageria, N.K.; V.C. Baligar and R.B. Clark. 2002. Micronutrients in crop production. Adv. Agron. 77:185–268.
Gardea-Torresdey, J.L.; J.R. Peralta-Videa;M. Montes; G. de la Rosa and B. Corral-Diaz. 2004. Bioaccumulation of cadmium, chromium and copper by Convolvulus arvensis L.: impact on plant growth and uptake of nutritional elements. Bioresource Technol. 92: 229–235.
Hamed, J.; Y.B. Acar and R.J. Gale. 1991. Pb(II) removal from kaolinite using electrokinetics. J. Geotech. Eng. 117: 241–271.
ISO 11466, 1995. Soil quality, Extraction of Trace Elements Soluble in Aqua Regia.
Jiang, Z.; C. Liu and Y. Liu. 2004. Formation of silver nanoparticles in an acid-catalyzed silica colloidal solution. Appl. Surf. Sci. 233: 135-140.
Kalbitz, K. and R. Wennrich.  1998. Mobilization of heavy metals and arsenic in polluted wetland soils and its dependence on dissolved organic matter. Sci. Total Environ. 209(1):27-39.
Kamat, P.V.; M. Flumiani and A. Dawson. 2002. Metal–metal and metal–semiconductor composite nanoclusters. Colloids Surf. A 202: 269-279.
Li, X. and W. Zhang. 2006. Iron nanoparticles: the core-shell structure and unique properties for Ni(ii) sequestration. Langmuir. 22: 4638-4642
Makino, T.; K. Sugahara; Y. Sakurai; H. Takano; T. Kamiya; K. Sasaki; T. Itou and N. Sekiya. 2006. Remediation of cadmium contamination in paddy soils by washing with chemicals: Selection of washing chemicals. Environ. Pollution. 144: 2-10.
Montas, H. J. and A. Shirmohammadi. 2004. Modeling of soil remediation by nanoscale particles. ASAE/CSAE Annual International Meeting. 2004, No. 043053
Rabie, F.H.; M.F. Abdel-Sabour; A.T. Mostafa and S.A. Hassan. 1999. Enrichment factor of heavy metals in different soil grain size fractions as indicator for soil pollution. Assiut Univ. Bull. Environ. Res. 2 (1) 55-68.
Rabie, F.H. and M.F. Abdel-Sabour. 1999. Studies on Fe, Mn, Ni and Pb load on soil and its enrichment factor ratios in different soil grain size fractions as an indicator for soil pollution. Assiut Univ. Bull. Environ. Res. 2 (2) 11-23.
Rashad, I.F.; A.O. Abdel Nabi; M.E. El-Hemely and M.A. Khalaf. 1995. Background levels of heavy metals in the Nile Delta soils, Egypt. J. Soil Sci. 35:239-252.
Virkutyte, J.; M. Sillanpaa and  P. Latostenmaa. 2002. Electrokinetic soil remediation-critical overview. Sci. Total Environ. 289: 97–121.
Wang, C. and W. Zhang. 1997. Nanoscale metal particles for dechlorination of PCE and PCBs. Environ. Sci. Technol. 31(7): 2154–2156.
Zhang, W. 2003. Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview. J. of Nanoparticle Res. 5: 323–332.