آنالیز کمی جذب سطحی فسفات بر روی هیدروکسید آهن گئوتایت (α-FeOOH): اثر pH و سطح ویژه

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

• محمد حسین داوودی
• رسول راهنمایی
• محمدجعفر ملکوتی

دانشگاه تربیت مدرس تهران

10.22067/jsw.v0i0.10232

چکیده

چکیده
(هیدرو) اکسیدهای آهن از جمله گئوتایت نقش بسیار مهمی در فرآیندهای جذب سطحی فسفات در خاک دارند. سطح ویژه، بلوری شدن و مورفولوژی از مهم ترین شاخص های مؤثر بر ظرفیت جذب سطحی (هیدرو) اکسیدهای آهن می باشند. با توجه به اهمیت فرآیند جذب سطحی در کنترل غلظت تعادلی فسفات در خاک و سایر سیستم های طبیعی، در این تحقیق فرآیند جذب سطحی فسفات روی سه نمونه هیدروکسید آهن گئوتایت با سطح ویژه متفاوت در دامنه ای از pH و غلظت اولیه فسفات بررسی گردید. رفتار باری گئوتایت، از آنالیز داده های تیتراسیون اسید و باز در قدرت های یونی مختلف تعیین شد. داده های آزمایشی نقطه صفر بار الکتریکی کانی را در pH 1/9 نشان داد. ایزوترم های جذب سطحی فسفات نشان داد که جذب سطحی فسفات شدیدا متاثر از pH محیط است. حداکثر جذب سطحی فسفات در pH اسیدی مشاهده گردید. با افزایش pH از جذب سطحی فسفات تدریجا کاسته شد. داده های آزمایشی بوسیله مدل مکانیستیکی CD-MUSIC آنالیز گردیدند. این داده ها با در نظر گرفتن دو کمپلکس درون کره ای سطحی و به درستی توصیف گردیدند. محاسبه ضرایب توزیع بار (CD) نشان داد که در اثر جذب سطحی گونه 28/0 واحد بار و گونه 46/0 واحد بار به سطح کانی منتقل می شود. محاسبه جزء مولی گونه های جذب سطحی شده فسفات نشان داد که کمپلکس گونه اصلی فسفات جذب سطحی شده در pH اسیدی و گونه گونه اصلی فسفات جذب سطحی شده در pHهای متوسط و بازی است. علاوه بر این، داده های آزمایشی و پیش بینی مدل نشان داد که سطح ویژه اثر قابل توجهی بر جذب سطحی فسفات دارد، اما تغییر در سطح ویژه اثری بر روی چگالی گروه های عاملی نداشت. بنابراین تمام داده های آزمایشی با ضرایب جذب سطحی یکسان به درستی پیش بینی گردیدند.

واژه های کلیدی: جذب سطحی، فسفات، گئوتایت، مدل CD-MUSIC، رفتار باری

---

عنوان مقاله [English]

A Quantitative Analysis of Phosphate Adsorption on Iron Hydroxide Goethite (α-FeOOH): pH and Surface Area Effects

نویسندگان [English]

• M.H. Davoodi
• R. Rahnemaie
• M.J. Malakouti

Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University (Tehran)

چکیده [English]

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 pH-dependent. 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 . and . The calculated CD values indicated that 0.28 and 0.46 vu charge is transferred to the goethite surface due to the adsorption of and , respectively. Mole fraction calculation showed that and 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.

Keywords: Adsorption, Phosphate, Goethite, CD-MUSIC model, Charging behavior