آب نگهداری توسط زئولیت

زئولیت ها از ظرفیت بالای نگهداری آب بدون کاهش فضای منافذ پر شده توسط هوا را دارد (هوانگ و پتروویچ، 1994). نتایج مطالعات میدانی به وضوح نشان داد که زئولیت ها به عنوان اصلاح کننده خاک برای تولید محصولات به کار گرفته می شوند و سبب بهبود آب در دسترس گیاهان می گردند (اولزیک، 2005). زئولیت باعث افزایش کارایی مصرف آب در گیاهان توت فرنگی شد (آبدی و همکاران، 2006).

 

ترکیب کود گاوی و زئولیت

بررسی اثر کود گاوی مخلوط شده با زئولیت و کود شیمیایی روی میزان آب قابل دسترس گیاه در خاک، مواد مغذی خاک و کیفیت دانه نشان می دهد که بالاترین کارایی مصرف آب در نتیجه استفاده از 21 درصد زئولیت و تیمار آبیاری محدود ایجاد می شود که این تیمار از تیمار آبیاری کامل و بدون استفاده از زئولیت روش خیلی بهتر و موثر تری بود. بررسی اثر کاربرد زئولیت روی جوانه زدن بذر کلزا نشان داد که استفاده از بیشترین وزن خشک گیاهچه، طول ریشه چه و ساقه اولیه و همچنین بیشترین درصد جوانه زنی بذر با استفاده از آبیاری نرمال و کاربرد 20 تن در هکتار زئولیت حاصل می شود.

در شرایط تنش خشکی، بیشترین تعداد گیاهچه غیر نرمال در نتیجه عدم استفاده از زئولیت ایجاد می شود. تحقیقات صورت گرفته روی اثر زئولیت بر تنش شوری در گیاهان نشان می دهد که استفاده از آن می تواند سبب افزایش حفظ رطوبت خاک شود و از این طریق سبب کاهش اثر شوری روی گیاهان تحت تنش شوری گردد.

بررسی تاثیر انواع مختلف کود های شیمیایی، ورمی کمپوست و زئولیت روی مقاومت نهال بادام در برابر شوری نشان داد که با افزایش سطح شوری جوانه زنی بذر بادام کاهش پیدا کرد و در نتیجه استفاده از زئولیت و ورمی کمپوست میزان فشار اسمزی تحت تاثیر قرار گرفت و مقاومت نهال های بادام در برابر تنش شوری بالا رفت.

استفاده از سطوح مختلف 0، 10 و 15 درصد زئولیت در محیط کشت چمن کنتاکی بلو گراس و استفاده از سطوح تخلیه رطوبتی 25، 45 و 65 درصد دو ماه بعد از کشت بذر چمن نشان داد که استفاده از 15 درصد زئولیت به همراه تخلیه رطوبتی 25 درصد سبب افزایش رشد رویشی و کیفی چمن شد و سطوح 5 و 10 درصد زئولیت خیلی مفید واقع نشدند. استفاده از زئولیت در خاک های لومی رسی و لومی شنی نشان داد که استفاده از 8 درصد زئولیت میزان آب قابل استفاده را تا 5/1 برابر برای گیاه افزایش می دهد.

در تحقیقی که جهت ارزیابی سطوح مختلف زئولیت و تنش خشکی روی خصوصیات خاک و ویژگی های گیاه Halothamnus glaucus صورت گرفت نشان داد که ظرفیت تبادل کاتیونی خاک با افزایش میزان زئولیت افزایش پیدا کرد. همچنین استفاده از 10 درصد وزنی زئولیت و استفاده از روش آبیاری معمولی در خاک میزان پتاسیم قابل جذب گیاه، ارتفاع اندام هوایی گیاه و رطوبت قابل دسترس گیاه به ترتیب 4/26، 5/12 و 2/36 درصد افزایش پیدا کرد. از آنجایی که زئولیت در ایران به وفور یافت می شود استفاده از این ماده معدنی در دوره های خشک سال می تواند روش مفیدی برای تولید گیاه با عملکرد بالا در این دوره ها باشد.

بهبود عملکرد محصولات کشاورزی با استفاده از زئولیت

افزون کلینوپتیلولیت به میزان 15 تن در هکتار در مزرعه ای با خاک شنی لومی که تحت کشت جو، سیب زمینی، شبدر و گندم بود، سبب افزایش عملکرد محصول شد (ماژور، 1986). پیرلا و همکاران (1984)، دریافتند که در مزرعه، کلینوپتیلولیت عملکرد ذرت ها را کاهش می دهد، در حالی که به نظر می رسد این ماده به عنوان کود کند رها شونده در گلخانه ها عمل می کند و رشد تربچه را بعد از سه برداشت متوالی افزایش می دهد. بووزو و همکاران (1994) با استفاده از زئولیت دریافتند که عملکرد نیشکر 6 تن در هکتار افزایش پیدا کرد. کاریون و همکاران (1994) مشاهده کردند که استفاده از 150 کیلوگرم در هکتار اوره پوشش دار با 10 -5 درصد زئولیت سبب افزایش کارایی برنج و گوجه فرنگی شد. ویدنفلد (2003) دریافت که کاربرد زئولیت تاثیری روی عملکرد کلم ندارد اما عملکرد فلفل تحت تاثیر زئولیت قرار گرفت و عملکرد و اندازه میوه افزایش یافت. بیشترین عملکرد یونجه گیاه یونجه توسط ترک و همکاران زمانی حاصل شد که 20 درصد زئولیت و 180 درصد خاک مورد استفاده قرار دادند. با توجه به شرایط خشکسالی کشور عزیز ما ایران استفاده از زئولیت برای رفع تنش آبی گیاهان و تولید محصول افزایش یافته است و این ماده با ارزش معدنی یکی از راه های مقابله با کم آبی و افزایش بهره وری آب در بخش کشاورزی می باشد.

اصلاح خاک های آلوده به فلزات سنگین توسط زئولیت

کاهش در دسترس بودن فلزات سنگین (مس، روی، کروم، Pb، کادمیوم و غیره) در خاک جهت بهینه سازی تولید محصولات کشاورزی در مناطقی که خاک های آلوده به فلزات سنگین دارند بسیار مهم است. در دسترس بودن فلزات سنگین با غلظتشان در محلول خاک بیشتر مرتبط است تا با محتوای آن ها در کل خاک. حذف فلزات سنگین در مناطق آلوده بسیار دشوار است زیرا این مواد به مدت طولانی در خاک باقی می مانند. با این وجود تثبیت فلزات سنگین به شکل غیر قابل دسترس می تواند روش مفیدی برای خاک هایی باشد که قبلا به وسیله فلزات سنگین آلوده شده اند. در صورت جذب یا رسوب فلزات سنگین از محلول خاک، ممکن است قابلیت دسترسی گیاهان به فلزات سنگین کاهش یابد.

یکی از راه های بی حرکت کردن فلزات سنگین ممکن است استفاده از زئولیت ها باشد. به طور کلی زئولیت ها ظرفیت تبادل کاتیونی زیادی دارند و انتظار می رود که یون های دارای بار مثبت را جذب کنند. بنابراین به طور گسترده ای برای جداسازی آلاینده ها کاتیونی مانند فلزات سنگین استفاده می شود (کومار و همکاران، 2007). زئولیت های طبیعی و مصنوعی به دلیل ساختار متخلخل علاوه بر ایجاد مکان های جذب مولکول های کوچک، سایت های تبادل کاتیونی را در خاک افزایش می دهند. در نتیجه، این مواد معدنی قادر به نگهداری فلزات سنگین در خاک هستند. برخی زئولیت ها، به عنوان مثال کلینوپتیلولیت، در شرایط اسیدی تا پی اچ 2 پایدار هستند (مینگ و مامپتون، 1989)و علاقه زیاد زئولیت به فلزات سنگین به اثبات رسیده است (بارر، 1987 ؛ اسادیلاس، 2000). الکساندر و کریستوس (2003) میزان جذب سرب در خاک زئولیت را مطالعه کردند و گزارش کردند که کلینوپتیلولیت 30 – 20 برابر بیشتر از سرب در خاک است.

استفاده از زئولیت منجر به کاهش غلظت سرب در محلول خاک می شود که فلز را در فاز جامد نگه می دارد و کمتر در دسترس گیاهان قرار می گیرد. محاسبات بر اساس مقدار حداکثر ظرفیت جذب زئولیت نشان می دهد که 1 درصد زئولیت اضافه شده می تواند 6/3 میلی مول سرب در کیلوگرم یا 750 میلی گرم در کیلو گرم خاک را جذب کند. مزیت زئولیت برای اصلاح خاک، وابسته به پی اچ خاک در محدوده 5 -3 است. لگو و همکاران (2006) نشان دادند که سیستم های خاک ارگانو – زئولتیک فرصتی را برای احیای زمین های حاصلخیز حاوی آلودگی فلزات و در نتیجه کاهش فرسایش و انتشار آلودگی های ایجاد می کند.

تصفیه فاضلاب: آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین یکی از مهمترین دغدغه های علاقمندان به محیط زیست می باشد که متاسفانه در نتیجه ورود بیش از حد فاضلاب و پسماند های صنعتی، میزان ورود آن ها به هوا و آب و خاک در حال افزایش است.

زئولیت در تصفیه فاضلاب

فلزات سنگین از خاصیت دوام و تجمع پذیری بالایی در خاک و بافت های زنده برخوردارند که از این طریق می توانند وارد زنجیره غذایی موجودات زنده، به ویژه انسان ها شوند و اثرات و خسارات جبران ناپذیری را روی سلامت انسان و محیط زیست بگذارند. ورود این مواد آلاینده به محیط زیست خطری برای سلامت دام و انسان محسوب می شود. به منظور حذف فلزات سنگین از محیط زیست روش های مختلفی وجود دارد که این روش ها شامل ترسیب شیمیایی، فرایند غشایی، استخراج با حلال، تبخیر، تبادل یونی و جذب سطحی می باشد. که هر یک از این روش ها دارای مزایا و معایبی نیز هستند که برخی از آن ها دارای عدم صرفه اقتصادی

هستند و برخی فاقد کارایی بالا می باشند. امروزه مطالعات زیادی در خصوص انواع جاذب ها به دلیل خواص جذب سطحی و تبادل یونی در آن ها صورت می گیرد. از مهمترین مزایای این جاذب ها ارزان بودن، در دسترس بودن بالا، جذب سریع و ظرفیت بالای جذب و قابلیت احیا و در نهایت استفاده مجدد آن ها این امکان را به ما می دهد تا استفاده از مواد جاذب کم هزینه، یک گزینه امیدوار کننده برای حذف آلاینده های خاص از محلول آبی شود.

در بین مواد معدنی مختلف که دارای خواص جاذب آلودگی هستند، به نظر می رسد زئولیت یک گزینه امیدوار کننده خیلی مناسب برای این منظور است (تاشائوئی و همکاران، 2010).

این جاذب دارای خاصیت تبادل یونی و کاتالیستی می باشد. پانوکسیو (2009) از این ماده معدنی برای حذف کادمیوم در محیط استفاده کرد و نتایج بسیار خوبی از این تحقیق بدست آورد. در تحقیقی دیگر که توسط وینگنفلدر و همکاران با استفاده از زئولیت طبیعی اسلوواکی و انواع اصلاح شده آن برای حذف آلودگی کادمیوم استفاده شد نشان داد که زئولیت های طبیعی تمایل خیلی کمی برای جذب کادمیوم دارند در حالی که این مواد تمایل زیادی برای جذب سایر فلزات سنگین مانند سرب ها دارد. اما این محققان با استفاده از اصلاح زئولیت توانستند جذب کادمیوم را در آن به میزان قابل توجهی افزایش دهند. جهت تغییر و بهبود در خواص زئولیتها و فعال سازی آن ها از روش های مختلفی برای دستیابی به این هدف استفاده می شود.

برای مثال پانیرسلوام و همکاران (2008)، زئولیت را به روش شیمیایی با استفاده از اسید فسفریک اصلاح کردند و از این طریق ظرفیت جذب آن برای فلز مس بالا رفت. واسیلچکو با استفاده از اسید کلریدریک به اصلاح کلینوپتیلولیت پرداخت و مشاهده کرد که استفاده از این ماده معدنی اصلاح شده توانست جذب کادمیوم را بالا ببرد و میزان جذب تحت تاثیر نوع و غلظت اسید به کار رفته برای اصلاح آن قرار داشت. در روش اصلاح شیمیایی توسط اسید، یون هیدروژن جایگزین یون های قابل تعویض زئولیت می شود که در نتیجه این تغییر ساختاری متخلخل با سطح ویژه بالا ایجاد می شود و در نتیجه این امر قابلیت جذب زئولیت افزایش می یابد و رفتار متفاوتی را در جذب فلزات سنگین از خود نشان می دهد که تاثیر مطلوبی روی حذف آلودگی ها دارد. در طی تحقیق ملکی و همکاران دریافتند که استفاده از کلینوپتیلولیت اصلاح شده با استفاده از اسید سولفوریک یک مولار می تواند خیلی بهتر از کلینوپتیلولیت خام جاذب کادمیوم باشد و از آن در حذف آلودگی های و تصفیه فاضلاب استفاده کرد.

انواع مختلف زئولیت های طبیعی

انواع مختلف زئولیتهای طبیعی غالبا به عنوان مبدل آمونیوم برای کاربرد های تصفیه فاضلاب پیشنهاد می شوند (هدستروم، 2001). کاملا به اثبات رسیده است که غربال های مولکولی آلومینو سیلیکات (زئولیت) به دلیل ماهیت شیمیایی و ویژگی خاص ساختار متخلخل خود به عنوان بهترین جاذب در نظر گفته می شود که در فرایند های تقسیم و پاکسازی عمیق مخلوط های مایع و گاز مورد استفاده قرار می گیرد (نسترنکو، 2007). کلینوپتیلولیت دارای توانایی در حذف آمونیوم از آب های آلوده می باشد (رحمانی و مهوی، 2006). ماتولووا و کلووا (1994) گزارش کردند که با افزودن زئولیتها به آب رشد جلبک ها 50 درصد مهار شد.

هاگرتی و بومن (1994) گزارش کردند که SMZ به عنوان نوعی مبدل آنیون ارزان قیمت آلودگی های آنیونی را زا آب خارج می کند. نتایج تحقیقات اردم و همکاران (2004) نشان می دهد که زئولیتهای طبیعی پتانسیل زیادی برای حذف گونه های فلزی سنگین کاتیونی از فاضلاب صنعتی دارند. لی و همکاران با بررسی فاکتور های موثر بر حذف عنصر روی از آب توسط زئولیت عنوان کردند که با افزایش پی اچ از 2 به 4، جذب عنصر روی توسط زئولیت از 60 – 20 درصد به 100- 70 درصد افزایش پیدا می کند. در تحقیقی که توسط شریفی پور و همکاران صورت گرفت نیز جذب عنصر سرب توسط زئولیت و سپولیت تحت تاثیر پی اچ خاک قرار گرفت و با افزایش پی اچ میزان جذب سرب توسط این دو ماده معدنی افزایش پیدا کرد.

تنظیم پی اچ خاک های اسیدی با زئولیت

یکی از کاربرد های استفاده از این ماده معدنی، تنظیم پی اچ خاک است. از دلایل اسیدی شدن خاک ها کاهش تعداد کاتیون های قلیایی است که این کاهش معمولا در اثر جایگزینی کاتیون های اسیدی مانند آلومینیوم و آهن به جای کاتیون های قلیایی در مکان های تبادلی خاک رخ می دهد. کاهش پی اچ سبب افزایش سمیت عناصری چون سرب، منگنز، کادمیوم و غیره می شود و بدین ترتیب حاصلخیزی خاک کاهش می باشد و تولید محصول در آن خاک با مشکل مواجه می شود.

 

زئولیت و کاربرد های آن در کشاورزی و دیگر صنعت ها