Oksida logam di tanah: kesan Hematite dan magnetit

Walaupun benar bahawa hematite dan magnetit kebanyakannya dikenali sebagai sumber besi, terdapat pelbagai kes penggunaan yang digunakan untuk memperbaiki dan memperbaiki tanah. Magnetit berkualiti tinggi dan hematite, diilangi kepada apa-apa spesifikasi, boleh didapati dari Pegmatite Afrika

Pengenalan Kepada Besi Dalam Tanah

Tanah boleh, secara semula jadi, tinggi dalam kandungan besi. Tanih yang mempunyai warna merah atau oren yang kuat biasanya besi kaya, disebabkan oleh kehadiran oksida semulajadi besi seperti pyrite, magnetit atau hematite. Oksida ini, manakala semua oksida logam asas yang sama, boleh menyampaikan sifat yang berbeza kepada tanah di luar hanya warna. Fenomena tersebut akan dibincangkan di bawah. Penting untuk dicatat adalah potensi besi, dalam mana-mana keadaan pengoksidaan, untuk dikurangkan atau pengoksidaan di bawah keadaan yang agak ringan oleh kehadiran sesetengah jenis bakteria (1). Sebatian besi telah lama ditambah kepada tanih. Di tanih, kerana oksida besi itu tersebar relatif kepada sebatian lain dan tanah itu sendiri, oksida besi ini apabila diperolehi dari tanah tidak dianggap sebagai berguna untuk pengeluaran besi/keluli (2).

Magnetit Dalam Tanah

Magnetit adalah satu bentuk besi oksida, Fe₃O₄, yang memiliki zat besi yang unik di kedua-dua Fe^{2 +} dan Fe^{3 +} keadaan pengoksidaan. Mengandungi bentuk spinel songsang, ia adalah sifat magnet yang sangat dihargai. Tambahan magnetit kepada tanah adalah berfaedah kerana ia kemudiannya boleh dikeluarkan dengan mudah dengan menggunakan magnet. Ia boleh berlaku secara semulajadi di tanah, atau ditambah sebagai agen rawatan tanah.

Fungsi utama magnetit sebagai bahan tambahan dalam tanih adalah untuk menjadi pemangkin kepada kemerosotan bahan cemar di dalam tanah. Bahan cemar seperti ini termasuk, tetapi tidak terhad kepada, pencemar industri, sebatian organik aromatik dan lain-lain. Komposisi tanah merupakan faktor penting dalam memilih apa yang perlu ditanam di tanah, oleh itu adalah penting untuk menghapuskan bahan cemar di mana boleh.

Berurusan Dengan Tanah Tercemar

Magnetit berguna dalam penyingkiran lain-lain logam berat dari tanah yang tercemar, dengan satu kajian melaporkan penmobilisasi yang berkesan/penyingkiran logam termasuk kadmium, plumbum dan uranium melalui aplikasi Ca. 1.5 berat magnetit nanopartikel (3). Kajian ini mendakwa bahawa magnetit mempunyai sifat penjerapan yang kuat kepada logam lain, dan mungkin berguna dalam penyingkiran di situ dalam bahan cemar dari tanah yang tercemar. Ubat-ubat yang telah diubat untuk ubat klorak, seperti trichloroethylene dan vinil klorida, telah ditunjukkan dari tanih pada skala makmal (4). Dechlorangan mengikuti laluan jenis hydrolisis, yang dipercepatkan oleh faktor sepuluh oleh tambahan daripada Fe^{2 +} dari magnetit. Magnetit juga telah digunakan untuk pengurangan nitrobenzene dari tanih, yang berkaitan dengan larian industri, dan telah dicadangkan yang meningkatkan stoichiometries magnetit boleh mengurangkan nitrobenzene tanpa kehadiran penuh larut Fe^{2 +}(5). Ia boleh digunakan untuk menstabilkan lebihan arsenik dalam bentuk perlombongan (6), walaupun dalam kebanyakan kes tanah/tailings pencemaran arsenik, penambahan zink membantu proses dari segi kecekapan (7).

Laluan lain yang menggunakan magnetit dalam bantuan menggerakkan logam berat di dalam tanah termasuk di mana magnetit telah dirawat dengan salutan kanji. Magnetit bersalut ini digunakan untuk sistem tanah berpasir terkawal yang mempunyai kepekatan arsenik 31.45 mg kg^-1. Gabungan magnetit dan sistem kandang dapat menghapuskan kira-kira 93% arsenik yang mengandungi molekul dan mengurangkan kebolehcapaian melebihi 83%(8). Kajian yang sama - walaupun dengan ketiadaan resin kanji - telah menunjukkan bahawa magnetit di dalam tanah berkesan boleh mengeluarkan lebih daripada 90% sisa arsenik dan hidrokarbon aromatik polilikik (PAH) apabila serendah 1% oleh magnetit berat badan digunakan (9).

Di samping itu, penyingkiran bahan buangan industri yang lain yang boleh menjadi pemangkin kepada magnetit termasuk proses yang menghapuskan hidrokarbon aromatik, n-alkanes dan refraktori sisa minyak sebagai bahan cemar tanah. Fenton-seperti peroksida dan proses kemerosotan pengoksidaan yang memujuk pemangkin oleh magnetit tanah di dalam tanah telah ditunjukkan (10). Kajian telah menunjukkan bahawa besi yang lebih kompleks (ii) pemangkin digariskan dengan hanya menggunakan magnetit serbuk dalam menghapuskan sehingga 90% bahan cemar minyak mentah dari tanah dalam masa tujuh hari, menguntungkan berbanding hanya 15% penyingkiran bahan cemar untuk pemangkin besi yang diperolehi secara komersial(11).

Magnetit penggunaan untuk melegakan pencemaran tanih daripada air larian industri dan pertanian terutamanya dinilai kerana kekurangan keracunan manusia atau haiwan. Lain-lain produk lain yang sering dijumpai di dalam tanah termasuk fenols dan hidrohidrokarbon aromatik yang berkaitan, penyingkiran yang menjadi pemangkin oleh magnetit serbuk di bawah cahaya ultraviolet. Pengurangan daripada Fe^{3 +} untuk Fe^{2 +} adalah penjelasan utama proses pemangkin. Terutamanya, proses ini tidak dipertingkatkan oleh magnetit yang berada dalam bentuk nanopartikle (12). Fosfat diketahui bahan cemar ke tanah yang biasanya berlaku daripada leaching dari tumbuh-tumbuhan yang dirawat dengan baja jenis NPK. Biochar adalah bahan organik yang dihasilkan oleh pembakaran serpihan organik kecil seperti sisa pertanian dan perhutanan pelet - ia sering dicampur ke dalam solis untuk meningkatkan sifat mereka dari segi kestabilan dan ketersediaan organik. Biochar yang telah disalut dengan magnetit serbuk telah ditunjukkan secara eksperimen - di makmal dan di lapangan - untuk membuang fosfat yang berlebihan dari tanah pada kadar 3.38 mg fosfat setiap gram biochar bersalut (13). Ini mewakili pengurangan leaching fosfat sekitar dua pertiga berbanding tanah yang tidak dirawat.

Laluan Magnetit dan Biologi Di Tanah

Methanogenesis adalah fenomena yang berlaku secara semula jadi di tanah anoxic yang merupakan peringkat akhir dalam penguraian bahan organik - oleh itu untuk membentuk tanah itu sendiri. Proses ini boleh difikirkan secara meluas sebagai 'penetapan' biologi karbon dioksida dan metanol ke dalam tanah - mereka berdua berubah melalui bantuan organisma bakteria untuk metana. Metana yang dihasilkan adalah sebahagian besar pengumpulan gas asli terakru. Penyelidikan baru-baru ini ke dalam bidang ini telah berlainan bahan tambahan ke tanah yang sudah ada yang boleh mempercepatkan laluan metanogenesis - kajian eksperimen di makmal telah menambah magnetit dan karbon yang diaktifkan secara kasar kepada komuniti mikrob dan telah menunjukkan bahawa magnetit meningkatkan metanogenesis (dan oleh itu menghasilkan metana) sebanyak hampir 20%(14). Penyelidik melaporkan bahawa kehadiran magnetit mengaktifkan fungsi pengaktifan gen tertentu.

Penukaran Magnetit Ke Maghemite Dan Lain-lain Oksida Besi

Maghemite, γ-Fe₂O₃, terbentuk apabila magnetit terdedah kepada suhu di rantau 350 - 400 °C, atau ketika dalam keadaan pengoksidaan. Sesetengah tanah yang kaya dengan magnetit akan mengandungi jumlah yang sederhana hingga tinggi, seperti yang ditemui dalam cuaca tropika. Magnetite tidak stabil di tanah basah dalam jangka masa yang panjang, menukar kepada magnemite(15).

Tambahan pula, magnetit boleh bertindak balas dengan nitrit di dalam tanah (16). Nitupacara ini sering komponen baja, dan jika magnetit kini mempunyai galas Fe^{3 +} ion di hadapan nitrite, ia boleh membuang nitrat dari tanah, akhirnya mengurangkan ia ke oksida dan kemudian ke nitrus oksida gas, yang meninggalkan tanah. Kemitrifikasi tanah tidak ideal kerana ia menyebabkan keperluan untuk lebih nitrogen untuk tetap ke dalam tanah, seperti dalam kitaran nitrogen. Di tanah steatite-berasal, magnetit boleh ditukar kepada hematite(17), semasa pembentukan tanah.

Hematite Dalam Tanah

Seperti magnetit, hematite adalah oksida besi dan ia mempunyai Formula Fe₂O₃. Hematite tidak magnetik, dan tidak mudah dikeluarkan dari tanah yang telah ditambah. Ia juga boleh berlaku secara semulajadi di tanah.

Hematite adalah oksida besi yang paling berleluasa yang terdapat di dalam tanah, oleh itu, ia juga merupakan sumber besi terbesar bagi pengeluaran besi/keluli. Tanah lateritic yang kaya dengan hematite sering digunakan sebagai komponen dalam batu-bata dan bahan binaan lain di dunia membangun, memaparkan colouration merah yang kuat. Hematite juga hadir di tanah bauksit di samping alumina, yang juga merupakan komponen utama dalam 'lumpur merah' - aliran sisa dari proses Bayer(18).

tanah yang diperkaya dengan serbuk magnetit

Rawatan Tanah Tercemar

Seperti magnetit sepupunya, hematite juga adalah bahan cemar tanah yang baik untuk penyingkiran bahan pencemar berbahaya atau berpotensi berbahaya. Contoh seperti hematite adalah pengurangan kepekatan arsenik dalam tanah yang digunakan untuk pertumbuhan jagung. Jagung merupakan produk pertanian utama, mencapai berbilion manusia setiap hari. Arsenik adalah toksik kepada kehidupan manusia, dan juga melambatkan pertumbuhan tumbuhan. Oleh itu, adalah penting untuk membuang arsenik dari tanah. Satu kajian digunakan antara 0 dan 0.2 berat% nanopartikles hematite kepada tanah yang tercemar dengan kandungan arsenik antara 0 dan 96 mg kg^-1. Didapati bahawa jumlah pengambilan arsenik ke dalam akar dan daun tumbuhan jagung dikurangkan dengan ketara apabila tanah telah dirawat dengan hematite(19). Hematite ditemui sebagai ' penmenggerakkan ' arsenik itu, menghalang uptake. Apabila digunakan di dalam tanah yang juga tinggi dalam alumina, didapati bahawa hematite lebih berkesan pada imobilisasi arsenik (20).

Satu kajian yang lebih luas meneliti kesan secara umum hematite yang terdapat dalam arsenik yang mengandungi tanah pada kadar keberkesanan bakteria yang hadir dan didapati bahawa apabila bakteria negatif gram Pseudomonas jinjuensis digunakan dalam ujian, kehadiran sebatian yang mengandungi sebatian seperti hematite meningkatkan aktiviti bakteria dengan sederhana - tetapi ketara - 8%(21)

Hematite juga telah digunakan sebagai sebahagian daripada biochar magnet yang terbentuk daripadanya dan pinewood, yang digunakan untuk membuang arsenik dari tanah, dan sangat berguna sebagai biochar hematite yang dimuatkan arsenik boleh dikeluarkan menggunakan magnet(22). Γ-Fe₂O₃ di hematite adalah arsenik ' SPAN '.

Bahan cemar lain yang berpotensi berbahaya kepada tanah termasuk kromium - termasuk kromium heksavalen toksik (kromium-vi). Kaedah wujud untuk 'membetulkan' kromium di dalam tanah untuk mengelakkan pembasuhan dan / atau leaching, tetapi pendekatan untuk menggerakkan dan kemudian mengurangkan kromium(vi) telah dibangunkan. Menggunakan biochar yang dirawat hematite (lihat lebih awal untuk pengenalan ringkas kepada biochar), pengurangan kromium(vi) meningkat daripada 28% kepada 39%(23). Biochar bersalut hematite sangat berkesan pada imobilisasi kromium apabila Pseudomonas putida hadir - kadar pelepasan kromium dari tanah biochar dikurangkan lebih daripada 50%. Satu kajian yang tidak berkaitan meneliti kesan kehadiran hematite pada kadar bakteria pemangkin metanogenesis dalam lumpur merah(24). Kajian ini mendedahkan bahawa pengeluaran metana meningkat sekitar 35% dengan kehadiran hematite relatif kepada kawalan, dengan kasi pelbagai warna yang disediakan oleh hematite mempromosikan pembentukan agregat padat (dengan itu meningkatkan kekuatan tanah) dan juga membolehkan lebih banyak pemindahan aktif redox.

Fosfat dan glyphosate, komponen baja dan racun fik industri, telah terbukti ditadbir di dalam tanah oleh hematite(25). Menariknya, apabila hematite terhidrasi sama ada goethite atau ferrihidit, penjerapan nikmat fosfat, manakala hematite yang tidak dapat nikmat Racun rumpai. Ia harus diperhatikan bahawa glyphosate adalah ogen karsinis yang disyaki dan toksik kepada hidupan akuatik-oleh itu, air larian harus diminimumkan. Tembaga, kadmium dan sisa fosforus telah terbukti dirawat di sawah padi di mana tanah telah dirawat dengan hematite - penulis menyatakan bahawa kehadiran oksida besi mengehadkan potensi redox keseluruhan tanah, mempertingkatkan Cu dan Cd immobilisasi dan menurunkan ketersediaan fosforus secara keseluruhan (26).

Diharungi petroleum / minyak yang mengandungi tanah dianggap sukar untuk diperingat - ini menimbulkan masalah sebagai penguraian semula jadi bahan-bahan tersebut di dalam tanah mengambil tempoh masa yang ketara, sepanjang masa yang membolehkan pendedahan yang berpotensi kepada bahan-bahan berbahaya. Rawatan luar kes-kes yang paling teruk adalah mungkin dengan menggabungkan pyrolysis dengan karbon campuran dan aditif tanah lapisan atas hematite. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa di bawah keadaan makmal, tanah dilipat dengan serendah 5% hematit mengikut berat badan dapat mengurangkan jumlah asfatena, damar dan hidrokarbon poliaromatik masing-masing sebanyak 68%, 52% dan 67% (27).

tanah yang diperkaya dengan serbuk hematite

Asid Hematite Dan Humik

Asid humik adalah kelas yang luas sebatian organik yang ditemui di humus, komponen utama tanah. Retensi logam berat adalah berkaitan dengan kepekatan asid humik, terutamanya apabila mengingati hematite sebagai kaedah penyingkiran logam berat. Penjerapan asid humik ke hematite dikatakan berkurangan dengan peningkatan pH, dengan bahan lain menyelaras lebih tinggi. Tetapi, dalam sistem ini, asid humik membawa kepada peningkatan penjerapan yang berat (dan toksik) logam seperti cadmium (19). Kesan ini diperhatikan dengan cara yang berbeza dengan thorium dalam ujian makmal (20), di mana asid humik yang berlebihan tidak meningkatkan thorium penjerapan ke hematite.

Tanah Bahan Tambahan / Tanah Kekurangan Besi

Kekurangan besi dalam tanah boleh menjadi masalah yang menjejaskan tumbuh-tumbuhan. Lazimnya, ini berlaku apabila pH tanah melebihi 6.5. Tambahan besi ke tanah bukanlah satu pembaikan yang cepat melainkan seterika yang ada biologi boleh didapati, iaitu, dalam bentuk chelated. Magnetit dan hematite tidak secara biologi sedia dan dengan itu rawatan tanah yang mengandungi tumbuhan yang disyaki sebagai kekurangan besi adalah sia-sia.

Ringkasan

Hematite dan magnetit adalah oksida besi yang boleh didapati secara semulajadi dalam, dan/atau ditambah kepada, tanih
Oksida besi ini mampu memiliki harta tanah termasuk ketahanan (oleh itu penggunaannya dalam bahan binaan) dan sering colouration sengit
Mereka adalah bahan tambahan tanah yang berdaya maju dengan potensi untuk membuang - atau memangkin penyingkiran - bahan cemar tanah yang tidak diingini seperti hidrokarbon poliaromatik, sisa berminyak, arsenik dan logam berat lain termasuk kadmium
Dalam sesetengah kes, magnetit dan hematite di dalam tanah memberi manfaat kepada pecahan organik dan / atau biologi bahan-bahan di dalam tanah, termasuk melalui methanogenesis
Kandungan besi di dalam tanah perlu dimodatkan untuk memastikan tiada masalah akan timbul daripada air larian ke dalam kursus air, dan untuk memastikan bahawa pelekat nitrogen di dalam tanah tidak terlalu berkurangan

Kedua-dua hematite dan magnetit mempunyai banyak kegunaan dalam rawatan tanah dan dunia peningkatan. Penting untuk keberkesanan mereka adalah memastikan bahawa hematite dan magnetit adalah kualiti terbaik seperti yang dibekalkan - seperti yang boleh didapati dari Pegmatite Afrika, rakan mineral.

Rujukan

1 S. Xu et al., env. Sci. Tech., 2016, 50, 2389

2 Daniel Hillel (Ed.), ensiklopedia tanah dalam alam sekitar, Elsevier, Amsterdam, 2005

3 A. M. Guettner et al., J. Nanobahagian. Res., 2011, 13, 2387

4 woojin Lee dan Bill Batchelor, Environ. Mini. Teknik., 2002, 36, 5147

5 C. A. Gorski dan M. M. Scherer, Environ. Mini. Teknik., 2009, 43, 3675

6 K.-K. Kim et al., J. Geochem. Explor., 2012, 113, 124

7 W. yang et Al., air Res., 2010, 44, 5693

8 Q. Liang dan D. Zhao, J. Haz. Mater., 2014, 271, 16

9 D. Baragaño et al., Chem. Eng. J., 2020, 399, 125809

10 K. Hanna et al., Chemosphere, 2012, 87, 234

11 P. Faure et al., Bahan Api, 2012, 96, 270

12 D. Vione et al., APPL. Catal. B: alam sekitar, 2014, 154, 102

13 M. Teka-teki et al., Geoderma, 2018, 327, 45

14 H.-D. Park et al., Fuel, 2020, 281, 118768

15 H. J.M. Morrás et al., Physica B Cond. Perkara, 2004, 354, 373

16 P. Dhakal et al., Environ. Mini. Teknik., 2013, 47, 6206

17 G. P. Santana et al., R. coli. Ci. Perseorangan, 2001, 25, 33

18 E. Eiche, Proses Mobilisasi Arsenik di Sungai Merah Delta, Vietnam,KIT Penerbitan Saintifik, Karlsruhe, 2009

19 M. R. Neyestani et al., Int. J. env. Mini. Tech., 2017, 14, 1525

20 Y. Jeong et al., Chem. Eng. Proses., 2007, 46, 1030

21 J. Choi et al., Air, Udara, Tanah Poll., 2020, 231, 411

22 B. Gao et al., Bioresource Tech., 2015, 175, 391

23 R. Ghasemi-Fasaei et al., Mulakan. Tanah Sci. Plant Anal., 2020, 51, 963

24 S. Zhou et al., Water Res., 2018, 134, 54

25 A. L. Gimsing dan O. K. Borggaard, Clays Clay Miner., 2007, 55, 108

26 J. Zhou et al., Mini. Jumlah Env., 2020, 708, 134590

27 F. Ma et al., J. bahaya. Mater. 2020, 383, 121165
28 A. P. Davis dan V. Bhatnagar, Chemosphere, 1995, 30, 243

29 V. Moulin et al., Environ. Mini. Teknik., 2005, 39, 1641

Oksida logam di tanah: kesan Hematite dan magnetit

Pengenalan Kepada Besi Dalam Tanah