علوم آب و خاک

صنعت فولاد نقش مهمی در انتشار آلاینده‌های سمی، از جمله فلزات سنگین به محیط‌زیست دارد. مطالعه توصیفی ـ کاربردی حاضر در سال 1401 برای شناسایی منابع انتشار فلزات سنگین در خاک های سطحی در مجاورت یک صنعت فولاد با استفاده از مدل‌های فاکتور ماتریس مثبت و موازنه جرم شیمیایی انجام شد. نمونه‌های خاک (50 نمونه) به طور سیستماتیک از چهار منطقه در محدوده کارخانه فولاد جمع‌آوری شدند و یک منطقه شاهد به مساحت 15 کیلومتر ایجاد شد. پنج منبع اصلی، شامل پوسته زمین (فاکتور 1)، وسایل نقلیه (فاکتور 2)، صنعت فولاد (فاکتور 3)، زیست‌توده (فاکتور 4) و سایر منابع (فاکتور 5)، به عنوان عوامل اصلی فلزات سنگین در مدل فاکتور ماتریس مثبت شناسایی شدند. کبالت، نیکل و روی بیشترین میانگین غلظت به ترتیب با مقادیر 14/5، 1/21 و 0/92میلی‌گرم بر کیلوگرم را داشتند. کادمیوم و سرب کمترین غلظت را با مقادیر 0/02 و 0/10 میلی‌گرم بر کیلوگرم به ترتیب در نمونه‌های محدوده از منطقه شرکت فولاد خوزستان نشان داد. مقایسه سهم منابع مختلف در انتشار فلزات سنگین در عوامل شناسایی‌شده نشان داد که صنعت فولاد، سایر منابع، پوسته زمین، وسایل نقلیه و زیست‌توده به ترتیب 24، 23، 19، 18 و 16 درصد در مدل فاکتور ماتریس مثبت و 23، 22، 20، 18 و 17 درصد در مدل موازنه جرم شیمیایی را تشکیل می‌دهند. مدل‌های فاکتور ماتریس مثبت و موازنه جرم شیمیایی نشان دادند که سطح زیاد آلودگی خاک با فلزات سنگین در مجاورت شرکت فولاد خوزستان در شهر اهواز داشت.

بیوچار به‌عنوان یک ماده کربنی پایدار، اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست به دلیل برخورداری از گروه‌های عاملی اکسیژن دار، ساختار آروماتیک، تخلخل قابل‌توجه، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی مناسب، به‌طور گسترده در توسعه جاذب‌های پیشرفته در تثبیت و حذف آلاینده‌های محیطی از آب و خاک مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این، محدودیت‌های عملکردی بیوچار خالص در حذف آلاینده‌ها، ضرورت اصلاح و مهندسی آن را آشکار ساخته است. در این راستا، تولید کامپوزیت‌های بیوچار از طریق ترکیب با مواد معدنی و ترکیبات حاوی آهن به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود ویژگی‌های ساختاری، شیمیایی و واکنش‌پذیری سطحی مطرح شده است. در این مقاله مروری، روش‌های اصلی ساخت کامپوزیت‌های بیوچار شامل اصلاح پس از فرایند گرماکافت و نیز اختلاط مستقیم با فازهای معدنی بررسی و روش هم افزایی و بارگذاری مستقیم به عنوان روش های نوین معرفی شده‌اند. همچنین تأثیر نوع زیست‌توده، شرایط گرماکافت، نوع ماده اصلاح‌کننده و مسیر سنتز بر ویژگی‌های فیزیک و شیمیایی نهایی کامپوزیت‌ها تحلیل شده است. افزون بر این، سازوکارهای حاکم بر عملکرد این مواد در تثبیت و حذف فلزات سنگین، شامل جذب سطحی، رسوب، کمپلکس، تبادل لیگاند، واکنش‌های اکسایش کاهش، انتقال الکترون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تبادل یونی مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هم‌افزایی میان بیوچار و فازهای معدنی و آهن‌دار می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی تثبیت آلاینده ها از جمله فلزات سنگین آنیونی و کاتیونی را افزایش دهد. این بررسی بر اهمیت طراحی هدفمند کامپوزیت‌های بیوچار بر پایه شناخت دقیق رابطه میان روش ساخت و ویژگی‌های عملکردی تأکید دارد. همچنین چالش‌های آینده و چشم‌اندازهای مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار - مواد معدنی در پالایش محیطی و تجاری‌سازی این فناوری امیدوارکننده نیز مورد توجه قرار گرفته است.