view in publisher's site

Transport behaviors of plastic particles in saturated quartz sand without and with biochar/Fe3O4-biochar amendment

Highlights•The addition of biochar/Fe3O4-biochar into sand reduced transport of plastics.•Biochar/Fe3O4-biochar amendment increased adsorption capacity of porous media.•Increasing flow rate induced negligible release of biochar and Fe3O4-biochar.•Fe3O4-biochar can be recovered after use by using a magnet.AbstractAs an environmentally friendly material, biochar has been widely used to remediate soil/water contaminants such as heavy metals and organic pollutants. The addition of biochar or modified biochar to porous media might affect the retention of plastic particles and thus influence their fate in natural environment. In this study, both biochar and magnetic biochar (Fe3O4-biochar) were synthesized via a facile precipitation method at room temperature. To determine the significance of biochar and Fe3O4-biochar amendment on the transport and deposition behaviors of plastic particles, the breakthrough curves and retained profiles of three different sized plastic particles (0.02 μm nano-plastic particles, and 0.2 μm and 2 μm micro-plastic particles) in quartz sand were compared with those obtained in quartz sand either with biochar or Fe3O4-biochar amendment in both 5 mM and 25 mM NaCl solutions. The results show that for all three different sized plastic particles under both examined solution conditions, the addition of biochar and Fe3O4-biochar in quartz sand decreases the transport and increases the retention of plastic particles in porous media. Fe3O4-biochar more effectively inhibits the transport of plastic particles than biochar. We found that the addition of biochar/Fe3O4-biochar could change the suspension property and increase the adsorption capacity of porous media (due to the increase of porous media surface roughness and negatively decrease the zeta potentials of porous media), contributing to the enhanced deposition of plastic particles. Moreover, we found that negligible amount of biochar and Fe3O4-biochar (<1%) were released from the columns following the plastic particle transport when the columns were eluted with very low ionic strength solution at high flow rate (to simulate a sudden rainstorm). Similarly, small amount of plastic particles were detached from the porous media under this extreme condition (16.5% for quartz sand, 14.6% for quartz sand with biochar amendment, and 7.5% for quartz sand with Fe3O4-biochar amendment). We found that over 74% of the Fe3O4-biochar can be recovered from the porous media after the retention of plastic particles by using a magnet and 87% plastic particles could be desorbed from Fe3O4-biochar by dispersing the Fe3O4-biochar into 10 mM NaOH solution. In addition, we found that the amendment of unsaturated porous media with biochar/Fe3O4-biochar also decreased the transport of plastic particles. When biochar/Fe3O4-biochar were added into porous media as one layer of permeable barrier near to column inlet, the decreased transport of plastic particles could be also obtained. The results of this study indicate that magnetic biochar can be potentially applied to immobilize plastic particles in terrestrial ecosystems such as in soil or groundwater.Graphical abstractDownload : Download high-res image (203KB)Download : Download full-size image

رفتار حمل و نقل ذرات پلاستیک در ماسه کوارتز اشباع‌شده بدون و با اصلاح بیوچار / Fe۳O۴ - بیوچار

نکات برجسته * افزودن بیوچار / Fe۳O۴ - بیوچار به ماسه، انتقال پلاستیک‌ها را کاهش می‌دهد. * بیوچار / Fe۳O۴ - اصلاح بیوچار ظرفیت جذب محیط متخلخل را افزایش داد. افزایش دبی جریان، آزادسازی قابل‌چشم‌پوشی بیوچار و Fe۳O۴ - بیوچار را به دنبال داشت. بیوچار می‌تواند پس از استفاده با استفاده از مغناطیس بازیابی شود. واکنش زیستی به عنوان یک ماده سازگار با محیط‌زیست، بیوچار به طور گسترده برای تصفیه آلاینده‌های خاک / آب مانند فلزات سنگین و آلاینده‌های آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. افزودن بیوچار یا بیوچار اصلاح‌شده به محیط متخلخل ممکن است بر حفظ ذرات پلاستیک تاثیر گذاشته و در نتیجه سرنوشت آن‌ها را در محیط طبیعی تحت‌تاثیر قرار دهد. در این مطالعه، هم بیوچار و هم بیوچار مغناطیسی (Fe۳O۴ - بیوچار)از طریق یک روش رسوب ساده در دمای اتاق سنتز شدند. به منظور تعیین اهمیت اصلاح بیوچار و Fe۳O۴ - بیوچار در رفتار انتقال و رسوب ذرات پلاستیک، منحنی‌های شکست و پروفایل های باقی مانده سه ذره پلاستیکی مختلف (ذرات نانو پلاستیک ۰.۰۲ و ذرات میکرو پلاستیک ۰.۲ و ۲ میکرو متر)در ماسه کوارتزی با آن‌هایی که در ماسه کوارتزی بدست‌آمده اند، یا با اصلاح بیوچار و یا Fe۳O۴ - بیوچار در هر دو محلول ۵ میلی مولار و ۲۵ میلی مولار NaCl مقایسه شدند. نتایج نشان می‌دهد که برای هر سه اندازه مختلف ذرات پلاستیکی تحت هر دو شرایط محلول مورد بررسی، افزودن بیوچار و Fe۳O۴ - بیوچار در ماسه کوارتز باعث کاهش انتقال و افزایش ماندگاری ذرات پلاستیکی در محیط متخلخل می‌شود. نتایج نشان داد که نانو ذرات آهن - بیوچار نسبت به نانو ذرات آهن - بیوچار به طور موثرتری مانع از انتقال ذرات پلاستیک می‌شوند. ما دریافتیم که افزودن بیوچار / Fe۳O۴ - بیوچار می‌تواند خاصیت تعلیق را تغییر داده و ظرفیت جذب محیط متخلخل را افزایش دهد (به دلیل افزایش زبری سطح محیط متخلخل و کاهش منفی پتانسیل زتا محیط متخلخل)که به افزایش رسوب ذرات پلاستیک کمک می‌کند. علاوه بر این، ما دریافتیم که مقدار ناچیزی از بیوچار و Fe۳O۴ - بیوچار (۱ %)پس از انتقال ذرات پلاستیک هنگامی که ستون‌ها با محلول قدرت یونی بسیار پایین در سرعت جریان بالا شسته شدند، از ستون‌ها آزاد شدند (برای شبیه‌سازی یک رگبار ناگهانی). به طور مشابه، مقدار کمی از ذرات پلاستیکی تحت این شرایط شدید از محیط متخلخل جدا شدند (۱۶.۵ % برای ماسه کوارتز، ۱۴.۶ % برای ماسه کوارتز با اصلاح زغال زیستی و ۷.۵ % برای ماسه کوارتز با اصلاح زغال زیستی). ما دریافتیم که بیش از ۷۴ % از Fe۳O۴ - بیوچار را می توان از محیط متخلخل پس از حفظ ذرات پلاستیکی با استفاده از یک آهن‌ربا بازیابی کرد و ۸۷ % ذرات پلاستیکی را می توان از Fe۳O۴ - بیوچار با پراکنده کردن Fe۳O۴ - بیوچار در محلول NaOH ۱۰ میلی مولار حذف کرد. علاوه بر این، ما دریافتیم که اصلاح محیط متخلخل غیر اشباع با بیوچار / Fe۳O۴ - بیوچار نیز انتقال ذرات پلاستیک را کاهش می‌دهد. وقتی بیوچار / Fe۳O۴ - بیوچار به عنوان یک لایه مانع نفوذپذیر نزدیک ورودی ستون به محیط متخلخل اضافه شد، کاهش انتقال ذرات پلاستیک نیز به دست آمد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که بیوچار مغناطیسی را می توان به طور بالقوه برای تثبیت ذرات پلاستیک در اکوسیستم‌های خشکی مانند خاک یا آب زیرزمینی به کار برد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Water Science and Technology
  • ترجمه مقاله Water Science and Technology
  • مقاله علوم و فن‌آوری آب
  • ترجمه مقاله علوم و فن‌آوری آب
  • مقاله Pollution
  • ترجمه مقاله Pollution
  • مقاله آلودگی
  • ترجمه مقاله آلودگی
  • مقاله Waste Management and Disposal
  • ترجمه مقاله Waste Management and Disposal
  • مقاله مدیریت پسماند و دفع زباله
  • ترجمه مقاله مدیریت پسماند و دفع زباله
  • مقاله Ecological Modelling
  • ترجمه مقاله Ecological Modelling
  • مقاله مدل‌سازی اکولوژیکی
  • ترجمه مقاله مدل‌سازی اکولوژیکی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.