آناليز كمي جذب سطحي فسفات بر روي هيدروكسيد آهن گئوتايت (α-FeOOH): اثر pH و سطح ويژه

آب و خاک  

دوره 25 - شماره 4

نوع مقاله: Original Article
چكيده: (هيدرو) اكسيدهاي آهن از جمله گئوتايت نقش بسيار مهمي در فرآيندهاي جذب سطحي فسفات در خاك دارند. سطح ويژه، بلوري شدن و مورفولوژي از مهم ترين شاخص هاي مؤثر بر ظرفيت جذب سطحي (هيدرو) اكسيدهاي آهن مي باشند. با توجه به اهميت فرآيند جذب سطحي در كنترل غلظت تعادلي فسفات در خاك و ساير سيستم هاي طبيعي، در اين تحقيق فرآيند جذب سطحي فسفات روي سه نمونه هيدروكسيد آهن گئوتايت با سطح ويژه متفاوت در دامنه اي از pH و غلظت اوليه فسفات بررسي گرديد. رفتار باري گئوتايت، از آناليز داده هاي تيتراسيون اسيد و باز در قدرت هاي يوني مختلف تعيين شد. داده هاي آزمايشي نقطه صفر بار الكتريكي كاني را در pH 9.1 نشان داد. ايزوترم هاي جذب سطحي فسفات نشان داد كه جذب سطحي فسفات شديدا متاثر از pH محيط است. حداكثر جذب سطحي فسفات در pH اسيدي مشاهده گرديد. با افزايش pH از جذب سطحي فسفات تدريجا كاسته شد. داده هاي آزمايشي بوسيله مدل مكانيستيكي CD-MUSIC آناليز گرديدند. اين داده ها با در نظر گرفتن دو كمپلكس درون كره اي سطحي و به درستي توصيف گرديدند. محاسبه ضرايب توزيع بار (CD) نشان داد كه در اثر جذب سطحي گونه 0.28 واحد بار و گونه 0.46 واحد بار به سطح كاني منتقل مي شود. محاسبه جزء مولي گونه هاي جذب سطحي شده فسفات نشان داد كه كمپلكس گونه اصلي فسفات جذب سطحي شده در pH اسيدي و گونه گونه اصلي فسفات جذب سطحي شده در pHهاي متوسط و بازي است. علاوه بر اين، داده هاي آزمايشي و پيش بيني مدل نشان داد كه سطح ويژه اثر قابل توجهي بر جذب سطحي فسفات دارد، اما تغيير در سطح ويژه اثري بر روي چگالي گروه هاي عاملي نداشت. بنابراين تمام داده هاي آزمايشي با ضرايب جذب سطحي يكسان به درستي پيش بيني گرديدند.
A Quantitative Analysis of Phosphate Adsorption on Iron Hydroxide Goethite (α-FeOOH): pH and Surface Area Effects
Article Type: Original Article
Abstract: Phosphate is an essential element for plants, animals, and human. Mobility and availability of phosphate in the natural systems is controlled by the adsorption-desorption and dissolution-precipitation reactions. Iron (hydr)oxides including goethite play an important role in phosphate adsorption reactions in soil. Surface area, crystallinity, and morphology of iron (hydr)oxides are the most important characteristics influencing phosphorus adsorption capacity. With respect to the importance of adsorption process in controlling equilibrium concentration of phosphate in soil and other natural systems, in this research phosphate adsorption reactions on goethite was investigated on three samples of goethite differed in surface area over a wide range of pH and initial phosphate concentration. The goethite charging behavior was calculated from acid-base titration in different levels of ionic strength. The experimental data were analyzed with the CD-MUSIC surface complexation model. Titration data revealed pHpzc= 9.1. Experimental data revealed that phosphate adsorption is strongly pHdependent. Maximum phosphate adsorption was measured at low pH. It was gradually decreased with increasing pH. Adsorption data were successfully described using two inner-sphere surface complexes, i.e Ξ FeOPO OH 2 . and Ξ Fe O PO 22 2 . The calculated CD values indicated that 0.28 and 0.46 vu charge is transferred to the goethite surface due to the adsorption of Ξ FeOPO OH 2 and Ξ Fe O PO 22 2 , respectively. Mole fraction calculation showed that Ξ FeOPO OH 2 and Ξ Fe O PO 22 2 are the dominant surface species at low and high pH, respectively. Furthermore, experimental data and model calculations revealed that surface area influence phosphate adsorption considerably; however the change in the surface area has no measurable effect on the goethite site density. Therefore, the entire experimental data were successfully predicted by using one set of adsorption parameters.