Soil metal interactions and investigation of extractive metal removal pathways

Abstract

Bu çalışmanın amacı çinkonun toprak ile olan etkileşimini yorumlamak ve çinkonun topraktan giderimini incelemektir. Çinkonun toprağa bağlanma davranışı adsorpsiyon isotermleri, kinetik ve ardışık ekstraksiyon çalışmalarıyla değerlendirilmiştir. İsotermlerden elde edilen bulgular ardışık ekstraksiyon çalışmasının sonuçlarıyla desteklenmiştir. Buna göre, çinkoyu daha yüksek bağlanma enerjileriyle tutacak demir ve mangan oksit ve karbonatlar gibi elemanlar çinkonun daha düşük konsentrasyonlarında kullanılırken, daha düşük bağlanma enerjileriyle çinkoyu değiştirilebilir durumda tutacak öğeler daha yüksek çinko konsantrasyonlarda devreye girmekte olduğu anlaşılmıştır. Çinkonun, doğal olarak bulunan hümik ve fulvik asitlerce topraktan giderimi oldukça düşük düzeyde bulunmuştur. Bu durum, hümik ve fulvik asitlerde bulunan ve pH ile değişkenlik gösteren fonksiyonel grupların ekstraksiyon sırasındaki bulunuş durumlarıyla açıklanamamıştır, ancak hümik asidin toprağa tutunmasının konsantrasyonla artmasına dayanarak, hümik ve nuvic asitlerin toprağa bağlanması nedeniyle olduğu öne sürümüştür. Çinkonun topraktan EDTA ve DTP A ile gideriminin ise bu maddelerin konsantrasyonunun artmasıyla artmakta olduğu görülmüştür. Bu yüksek giderimler, molar kesir ve pH'ya bağlı EDTA ve DTPA'nın değişik formlarda dağılmış olmasıyla açıklanmıştır. Yapılan ardışık ekstraksiyonlar yardımıyla çinkonun hümik asit, EDTA ve DTP A ile toprağın hangi fraksiyonlarından alınabildiği anlaşılmıştır. Buna göre, hümik asitin toprak elemanlarının yüzeyinde değiştirflebilir durumda bulunan çinkoyu aldığı, EDTA ve DTPA'nın ise demir ve mangan oksitlere ve karbonatlara bağlı çinkoyu öğrenilmiştir.

The aim of this work was to interprete the interaction of zinc with soils varying in composition and investigate methods for the removal of zinc from soil The adsorption behaviour of zinc was evaluated with isotherms, kinetic studies and sequential fractionation. The findings derived from isotherms were in consistence with the results of sequential extraction experiments, suggesting the presence of more than two sites participating in the adsorption of zinc. Thus, it was presented that high affinity sites with high binding energies like iron and manganese oxides and carbonates were occupied at lower zinc concentrations, and low affinity sites with low binding energies like exchangeable sites at higher zinc concentrations. The removal of zinc with naturally occurring humic and fulvic acids was found to be low. The reason of this could not be explained by the number of functional groups involved in the extractions. The adsorption of humic and fulvic acid was proposed as the mechanism hindering the removal of zinc. The removal of zinc with synthetic chelating agents such as EDTA and DTPA increased with increasing EDTA and DTPA concentrations, revealing efficiencies over 100 %. These observations were well explained with the stoichiometric molar ratios and the pH dependent speciation of EDTA and DTPA. Sequential extraction experiments helped to understand from which soil fraction zinc was taken by humic acid, EDTA and DTPA. Thus, humic acid preferred to remove zinc adsorbed by the exchangeable sites of sous, whereas EDTA and DTPA took the zinc associated with carbonates and iron and manganese oxides.