پایان نامه بررسی سلنیوم و اصلاح آلودگی آن در خاک در 77 صفحه ورد قابل ویرایش
پایان نامه بررسی سلنیوم و اصلاح آلودگی آن در خاک در 77 صفحه ورد قابل ویرایش
مقدمه:
اولین اطلاعات ثبت شده در این مورد توسط مارکو پولو در سال 1295 میلادی بوده است که در مناطق غربی چین ونزدیک تبت و مغولستان حیواناتش بعد از چرای گیاهان آن منطقه شروع به تلو خوردن می‌نمودند که امروزه می‌دانیم ناشی سمیت حاد سلنیومی‌بوده است.
برای اولین بار سلنیوم توسط Berzelius که در سال 1817 یا 1818 رسوبات و لجنهایی که از اکسیداسیون اکسید سولفور سنگ مس بدست می‌آمد را مورد بررسی قرار داد کشف شد وی متوجه شد که در بین آن عنصر جدیدی وجود دارد اما در آن هنگام آنرا با تلوریم اشتباه گرفتند بعد از گذشت ربع قرن Arnold به گوگرد قرمز توجه کرد و متوجه موادی در رسوبات آن شد و آنرا Sulfurrubeum نامید. به هر حال تا سال 1950 کسی متوجه وجود سلنیوم نبود فقط می‌دانستند که درجدول تناوبی عنصری وجود دارد که بار گوگرد (s) و عنصر تلوریم (Ti) هم خصوصیات است. و حتی خصوصیاتی به طور مشترک با هر یک از آنها دارد یعنی هم خصوصیات فلزی و هم غیر فلزی را داراست و در حالت سمیت،5 برابر خطرناک تر از آرسنیک می‌باشد؛ در نهایت آنرا سلنیوم نامیدند و بیان نمودند که این عنصر در محدوده خیلی کوچکی برای جانواران قابل استفاده می‌باشد.
در کل سلنیوم از عناصر کم مصرف می‌باشد که باعث سلامتی فرد یا گیاه یا حیوان می‌گردد، ولی همانطور که گفته شد مقدار نیاز به سلنیوم خیلی کم است.
سلنیوم اغلب در پروتئن ها موجب ساختن سلنوپروتئن ها می‌گردد که برای تولید آنزیمهای آنتی اکسیدان مهم هستند این آنتی اکسیدانها به کمک Se-Pt ها در حفظ سلامتی سلولها که مورد خطر رادیکالهای آزاد اکسیژن می‌باشند موثرند به صورت خلاصه باید گفت رادیکالهای آزاد بطور طبیعی در متابولیسم اکسیژن ساخته می‌شوند که ممکن است در ایجاد بیمارهای مزمن مثل سرطان و بیمار قلبی و عروقی و یا حتی در انجام فعالیتهای منظم غده تیروئید و سیستم دفاعی بدن نقش داشته باشند.
یکی از راههای مطمئن جذب سلنیوم خوردن غذاهای گوشتی وگیاهانی است که در مناطقی با خاکهای سرشار از سلنیوم می‌رویند که در ادامه بطور مفصل راجع به آن بحث خواهد شد. و در نهایت نتجه گیری می‌گردد که کمبود یا سمیت سلنیوم در بدن انسان تحت تاثیر مقدار سلینوم در بدن دامها و حیواناتی است که انسان از آن تغذیه می‌کند و آنها هم به نوبه خود متاثر از گیاهان منطقه و خاک آن نواحی اند البته در این میان عواملی چون اقلیم و pH هم موثر خواهند بود.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی: سلینوم
همانطور که در جدول شماره یک نشان داده شد سلنیوم عنصری با عدد اتمی34 و وزن اتمی78.96 و چگالی 79/4 گرم بر سانتیمتر مکعب در 20 درجه سانتگراد است. حجم اتم آن 45/16 سانتیمتر مکعب بر مول می‌باشد و جزء عناصر غیر فلزی و از گروه شش جدول تناوبی است که معروف به chalcogen می‌باشد.
حضور و تولید سلنیوم در طبیعت
سلنیوم در تعداد کانیهای کمی‌یافت می‌گردد مثل .calusthalite, crooksite که بعد از چند سال در اثر هوازدگی به صورت گرد و غبار وارد محیط می‌گردد. البته انفجارهای آتشفشانی نیز ممکن است سلنیوم را وارد هوا کند اما اغلب مقادیر موجود سلنیوم در محیط حاصل از فعالیتهای بشری مثل سوختن زغال سنگ و نفت و دیگر سوختهای فسیلی می‌باشد سلینوم موجود در این سوختها هنگام سوختن با اکسیژن ترکیب شده که در هنگام برخورد با محیط آبی آنرا به صورت محلول در می‌آورد.
در کل ذرات سلنیوم معلق در هوا مثل آنهایی که در ash وجود دارد می‌توانند در سطح خاک یا آب نشست کنند. این روند در مناطق صنعتی که سلنیوم از طریق دود به هدر می‌رود موجب افزایش مقدار سلنیوم در خاک می‌گردد و این نکته را یاد آور می‌شود که سرنوشت سلنیوم در خاک به pH محیط و واکنش با اکسیژن آن جدا مربوط می‌گردد. اما در روش تولید مصنوعی سلنیوم امروزه آنرا از کنار الکترود آند الکترولیت استخراج مس از سنگ مس بدست می‌آورند و قیمت تجاری آن حدودا 300 دلار برای هر پوند (معادل 456 گرم) می‌باشد و در درجات خلوص بالاتر قیمت آن بیشتر نیز می‌گردد. همانطور که گفته شد یکی از مطمئن ترین منابع سلنیوم سنگهای آتشفشانی، رسوبات آتشفشانی گوگردی، رسوبات گرمابی، رسوبات مس و سنگهای رسوبی از قبیل carboonaceous siltstone, sandstone و سنگهای فسفری و limestone کربن دار سنگ آهن و زغال سنگ هستند.
سلنیوم این سنگها بعد از هوازدگی آزاد شده و به روشهای مختلف به داخل خاک وارد می‌شود و در بین ذرات خاک نفوذ می‌کند تا جایی که توسط ذرات رس یا هیدروکسیدهای آهن و یا ذرات آلی خاک جذب سطحی گردند و در اثر عوامل فرسایشی در سطح خاک تجمع پیدا کند سلنیوم بعد از این شاید وارد چرخه فعالیتهای بیولوژیکی نیز گردد و از طریق قارچها و باکتریها این مناطق اکسید شود.
در همین مورد Sara thchandra & watkinson (1980) گزارش دادند که قدرت باکتریها در طبیعت در حد ایزوله کردن سلنیوم است ولی در آزمایشگاه آنها توانایی اکسید کردن عنصر سلنیوم به سلنیت و سلنات را دارند.
مقدار سلنیوم در پوسته زمین در حدود ppm0.05-ppm0.02 است. سلنیوم یک عنصر chalcophil می‌باشد ومقدار آن در شیلهای سیاه بیشتر از ppm675 می‌باشد. البته مقداری سلنیوم در carbonaceous debris از sandstone ها ممکن است در شرایط احیا آزاد شود.
بطور کلی مقدار سلنیوم خاک مناطق مربوط به سنگهایی است که خاک از آنها تولید شده است مثلا خاکهای مناطقی مثل شمال غربی و جنوب شرقی آمریکا و مناطقی که قبلا دریاچه های بزرگ داشته اند دارای مقادیر کمتر از ppm0.5 سلنیوم هستند ومناطقی که خاک آنها از سنگهای ولکانیک و خاکهایی که از رسوبات شسته شده انباشته شده باشد و نیز خاکهایی که سر منشاء آنها شیلهای حاوی گچ فراوانند مثل داکوتا، مونتانا، نبراسکا و کانزاس دارای مقادیر زیاد تری از سلنیوم هستند که بعدا مفصل راجع به آن بحث خواهد شد.
در مورد حضور اشکال مختلف سلنیوم در طبیعت باید گفت در خاکهای قلیایی سلنیوم عموما به صورت سلنات و سلنیت دیده می‌شود و در خاکهای اسیدی و خاکهایی با تهویه نامناسب به صورت سلنید و سلنیوم عنصری وجود دارد که این دو فرم دارای حلالیت کمتری نسبت به دو فرم شرایط قلیایی هستند.
غلظت سلنیوم در آبهای زیر زمینی، چشمه ها، رودها و دریاچه ها عموما کم است و به عنوان منابع معنی دار برای تامین سلنیوم یا افزایش غلظت آن در ارگانیزمها و ایجاد سمیت در آنها محسوب نمی‌گردد حتی آبهای مناطق سلنیومی‌که حاوی مقادیر بیشتری از سلنیوم هستند هم نمی‌توانند تامین کننده این خواسته باشد. در جدول (شماره- 11)غلظت سلنیوم در آبهای مختلف نشان داده شده است.
روش اول: تزریق سلنیوم
در این روش از نواع سلنیوم تجاری که به همین منظور تولید شده با توجه به میزان کمبود به کمک سرنگهای مخصوص به صورت هیپودرمیک به آنها تزریق می‌کنند این روش در اصل برای مواردی است که کمبود سلنیوم به صورت بالینی ظاهر شده است و نیاز فوری به سلنیوم در دام احساس می‌گردد. بعد از تزریق طی یک دوره 45 روزه سطح سلنیوم بدن دام پایین می‌آید و در طول این دوره کلیه فراورده های آنها نیز کاهش می‌یابد اما بعد از آن کل کمبود جبران می‌گردد.
اما باید گفت که این روش بسیار گران است و نیاز به امکانات آزمایشگاهی پیشرفته دارد که برای آن محدودیت استفاده ایجاد می‌نماید.
روش دوم: د ادن سلنیوم خوراکی
روش دوم دادن عناصر کم مصرف ضروری به صورت نمک در غذای دام است که برای گاو حدود ppm 120 و برای گوسفند 90 ppm می‌باشد، البته این میزان به طور عمومی‌مناسب است و در شرایط خاص تغییراتی نیز در آن ایجاد می‌گردد.
در کمبود سلنیوم سلنیومهای تکمیلی به صورت کریستالهای نمک در غذای دام به چندین فرم وجود دارد مانند کریستالهای بسیار سخت نمک سلنیوم که به صورت محدود جذب می‌شوند و به صورت خیلی کم این عنصر را در اختیار حیوان قرار می‌گیرد، بنابراین زمانی که این نمکها به همراه علوفه برای تغذیه دام مصرف گردد کمتر از مقدرای که مورد نظر است سلنیوم در اختیار حیوان قرار می‌دهند اما اغلب کریستالهای نیمه سخت یا نیمه نرم خیلی مناسبتر از کریستالهای سخت یا کریستالهای نرم هستند. این همان نمکهایی است که امروزه در مناطقی چون واشنگتن به عنوان مکمل غذایی دام مورد مصرف قرار می‌گیرند.
یک فرم از این نمکها سلنات سدیم است زمانی که این نمک را به همراه مواد دیگری چون ویتامین C یا روی و مس یا هر عنصری از این قبیل مصرف می‌کنیم حیوان قادر به جذب سلنیوم می‌باشد چون سلنات سدیم به هر حال بطور واقعی نمی‌تواند با دیگر کانیها ترکیب گردد و نمی‌تواند واکنشی نسبت به ویتامین C بدهد و به این دلیل در درون بدن به شکل مفید تبدیل می‌گردد. سلنات را می‌توان اغلب در آبهای قلیایی یافت کرد و آنرا به عنوان منبع طبیعی سلنیوم مطرح نمود برخی از مطالعات گواهی می‌دهند که سلنات برای پستانداران بسیار مفید است و این مورد را شاید بتوان برای انسانها هم تعمیم داد.
در این میان منبع اصلی برای جذب سلنیوم در دام علوفه و مواد غذایی آنها می‌باشد که در جدول (شماره- 19) آورده شده است.
نمودار- 10 : مقایسه جذب 4 نوع آنیون در خاک
به طور کلی آلودگی شامل ترکیبات آلی، رادیو اکتیو و تفاله های اتمی، فلزات سنگین و عناصر سمی‌دیگر است که مرتبا مقدار آن در آب و خاک در حال افزایش می‌باشد، این آلودگی ها گاهی به مقدار زیادی تاثیرات مخرب دارند و تا کنون تکنیکهای زیادی برای اصلاح آن به کار برده شده است البته گاهی این روشها صرف هزینه و انرژی بالایی دارند. بر طبق مطالعات بازنگری شده بر محیط زیست در محیطهای هم فاز و یا درون یک فاز مثل خاک، آب و غیره می‌توان از طریق اصلاح میکروبی کنترل عظیمی‌بر محیط زیست و آلودگی موجود در آن داشت از عمده ترین نکاتی که امروزه به آنها توجه شده است پیشرفت کاربرد مفید تکنیکهایی در اصلاح آلودگی به روش زیستی برای جلوگیری از گسترش آلودگی سلنیوم در خاک و آب که دو فاز مهم برای بقاء و حیات کلیه موجودات زنده هستند می‌باشد.
یکی از معمولترین و کم هزینه ترین روشهایی که امروزه مورد استفاده قرار گرفته است بهره گیری از گیاهانی می‌باشد که قدرت زیستن در این مناطق آلوده را دارند و در ضمن به خاطر طبیعی بودن آن مورد توجه علاقمندان به محیط زیست نیز قرار گرفته است قدرت جذب بیش از حد این عناصر آلاینده و تجمع آن در غلظت بسیار بالا و در محدوده سمیت در درون بافتهای این گیاهان بدون کاهش جدی عملکرد آنها از موارد کلیدی این روش می‌باشد. عناصری مثل سرب، نیکل، کادمیوم، اورانیوم، سلنیوم و جیوه جزء این آلاینده ها محسوب می‌گردند که در غلظت پایین هم می‌توانند برای برخی از ارگانیزمها کشنده باشند Bomib etal. 2001 ، Lanza 1999)
از این گیاهان برای استخراج، غیر فعال کردن، تغییر شکل دادن یا به هر نحوی برای کاهش آلودگی محیط استفاده می‌گردد. در کل گیاه پالایی برای افراد به عنوان روشی کم هزینه و غیر صنعتی مطرح می‌باشد به هر حال متابولیسم سلنیوم در گیاهان عالی و زراعی و استفاده از آنها به عنوان منبعی از این عنصر کم نیاز در رژیم غذایی افراد البته در حد نرمال، کاری بس عظیم است. که حداقل تا ده سال آینده عواقب خود را مشخص نخواهد ساخت.
البته این نکته را باید یاد آوری کرد که همه گیاهانی که در مناطق آلوده به سلنیوم می‌رویند توانایی گیاه پالایی و جذب این عنصر را از محیط ندارند مثل Munroa squrrosa که هیچ گونه خاصیت تجمعی سلنیوم را ندارد ولی در محیط غنی از سلنیوم رشد می‌کند. بدون اینکه سلنیوم را بیش از حد مورد نیاز خود جذب کند ولی بر عکس آن گیاهانی از تیره گون به عنوان متجمع کنندگان سلنیوم مقدار خیلی بیشتری از سلنیوم مورد نیاز خود را حتی در خاکهای فقیر از سلنیوم جمع آوری می‌نمایند و آنها را در بافتها و پروتئینهای خود ذخیره می‌کننند که اگر در جیره غذایی دام طی یک مدت ثابت و طولانی قرار بگیرد بطور قطع باعث ایجاد سمیت در آنها می‌گردد البته این تجمع سلنیوم در این گیاهان بدون هیچ گونه علامت یا نشانه برای خود آنها است.
نحوه از بین بردن آلودگی به روش گیاه پالایی
Phytoremediation یک تکنولوژی جدید و ابتکاری است که در آن از خصوصیات طبیعی گیاه و مهندسی ژنتیک و اصلاح برای پاکسازی مناطق آلوده استفاه می‌گردد و در ضمن یکی از راههای سازگار با محیط زیست برای حذف، از بین بردن و یا کم کردن آلودگی خاک می‌باشد که روز به روز بر میزان کاربرد آن افزوده شده و در مورد سلنیوم شاید مفید ترین گیاهان آنهایی باشند که بتوانند سلنیوم را از خاک و آب جذب کنند و آن را به شکل فرار در بیاورند. در مورد محیط های آبی و گیاهان آبزی یعنی آنهایی که در محیطهای غرقاب رشد می‌کنند نیز این قضیه صادق است. و آنها بوسیله جذب و تجمع فلزات و مواد مغذی زیاد داخل بیو مس خود به گونه ای باعث اصلاح آلودگی محیط می‌گردند که این پروسه خود نوعی گیاه پالایی محسوب می‌گردد.
این روند اصلاح آلودگی محیط یعنی گیاه پالایی یک سیستم همکاری بین گیاه و میکروارگانیزمها برای جمع آوری مواد اضافی و آلوده کننده آب و خاک است که بطور طبیعی شامل مناطق مرطوب و خیس و محیط هایی که امکان حیات در آنها باشد می‌گردد. در چرخه توالی که باعث تغییر شکل آلاینده به شکل ترکیبات کم خطر تر است گیاهان بصورت ذاتی آنزیمهایی پخش می‌کنند که موجب جذب آن آلاینده می‌شود وطی روند خاص موجب بازگشت شکل مفید آن به چرخه مواد و یا موجب متوقف شدن آلاینده در این چرخه می‌گردد.
درکنار گیاهان میکروارگانیزمها که بصورت کلی به دو گروه هوازی و بی هوازی تقسیم می‌شوند فرآورده هایی تولید می‌کنند که یا به صورت فیزیکی و یا به دلایل شیمیایی باعث ساختن کلونی هایی در اطراف ریشه گیاهان یا در منطقه طوقه آنها می‌گردد. به این صورت ریشه گیاهان در داخل مناطق فعال میکروبی رشد کرده و گسترش می‌یابد و در مراحل بعدی حتی کلونی میکروارگانیزمها بر روی ریشه ها ساکن می‌گردد این روند باعث می‌گردد که آلاینده هایی که برای گیاه غیر قابل جذب هستند توسط باکتریها و دیگر میکروارگانیزمها به شکل قابل جذب برای گیاه تبدیل ودر نهایت توسط گیاه و با همکاری میکروارگانیزمها از محیط حذف گردند.
درمورد زیست پالایی و قدرت آن گفته شده است که در این میان میکروارگانیزمها به صورت کلی باکتریها در جذب سلنیوم و تبخیر آن از محیط از قارچها موفق تر هستند.
وقتی Oliver Beath شیمی‌دان دانشگاه wyoming این مورد را تحت بررسی قرار داد متوجه شد که گونه ای از گیاهان در زمینهای سلنیومی‌که دیگر گیاهان قادر به رشد عادی نیستند رشد خوبی دارند و حتی حالت توده ای ایجاد کرده اند که اگر دام یا انسان از آنها تغذیه کننند باعث بروز علائم سمیت در آنها می‌گردد Beath این گیاهان را indicator نامید.
وارد شدن علم بیوتکنولوژی در phytoremediation
در این مبحث به نقش علم ژنتیک و اصلاح باید توجه کرد در این زمینه مقایسه قدرت گیاهان اصلاحی در جذب آلودگی خاک در مقایسه با نوع وحشی این گیاهان است که نقش علم بیوتکنولوژی را مشخص می‌سازد نتایج یکی از تازه ترین تحقیقاتی که در فوریه 2004 منتشر گردیده است بیان کننده اندازه گیری خصوصیات سه گونه اصلاحی خردل هندی در جذب سلنیوم بود که نشان می‌داد گونه اصلاحی 2-4 برابر بیشترنسبت به گونه وحشی خود در این کار موفق است.
محققین دانشگاه کالیفرنیا و برکلی و (Agricultural Reserch servis) ARS تصمیم به اجرای آن تحقیق در طول 6 هفته گرفتند. قصد از این هدف تعمیم دادن نتایج فوق در شرایط مزرعه بود و در نهایت به این نتیجه رسیدند که در این مورد حتی شرایط مزرعه مهمتر از شرایط گلخانه جواب می‌دهد چون در آنجا شرایط آب و هوا و خاک و تغییرات آن دخیل است و هزاران متغیر دیگر نیز وجود دارد آنها این آزمایش را در 3line بررسی کردند.
یک line گروهی از گیاهان بودند که از طریق مهندسی ژنتیک به تولید بیشتر آنزیم APS یا آنزیم adenusine triphosphate sulfurylase می‌پرداخت آنزیم آدنوزین تری سولفوریلاز مسئول تبدیل سلنات به شکل غیر رسمی‌از سلنیوم است که اجازه جذب بیشتر سلنیوم را به گیاه بدون تحمل زیان صادر می‌کند که وقتی در مزرعه آزمایش شد 4.3 برابر بهتر از نوع وحشی خود عمل کرده بود.
در Line های بعدی اجازه تولدی بیشتر آنزیم (GS), gammaglutamyl cysteine synthetas (ECS) گلوتاتیون سلناز بود و هر دوی اینها در تولید گلوتاتیون نقش دارند و همانطور که بیان شد گلوتاتیون قسمتی از سیستم آنتی اکسیدان گیاه است که ممکن است قسمت زیادی از آلاینده ها از جمله سلنیوم را خنثی نماید.
ECS و GS در مورد جذب 2.8 برابر و 2.3 برابر از گونه های وحشی خود بهتر عمل کرده بود علاوه بر این گیاهان GS به نظر سازگار تر با شرایط آلودگی خاک اند و تحمل بیشتری دارند. و یک مورد امید وارد کننده خردل هندی این است که آن می‌تواند متابولیسم سلنیوم را انجام دهد و آنرا به dimetheyl selenidc تبدیل نماید که به حالت فرار وارد اتمسفر می‌گردد و این خردل هندی را به عنوان بهترین گزینه برای phytoremediation در مورد آلودگی سلنیوم قرار می‌دهد.
ادامه این تحقیقات بر روی اثرات سلنیوم در فیزیولوژی گیاه خردل است مثلا تاثیر در عملکرد زمان گلدهی و موارد دیگر که هنوز به نتایج قطعی نرسیده است.
فهرست مطالب
فصل اول- خصوصیات سلنیوم. 1
مقدمه: 2
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی: سلینوم. 3
خصوصیات و اشکال سلنیوم در طبیعت: 8
حضور و تولید سلنیوم در طبیعت.. 9
موارد استفاده سلنیوم در صنایع. 13
فصل دوم تاثیرات و خطرات سلنیوم. 14
تاثیرات سلنیوم جانداران.. 15
نقش سلنیوم در بدن انسان و بررسی نیاز روزانه به آن.. 15
نقش فیزیولوژیکی سلنیوم. 16
خطرات مصرف بیش از حد سلنیوم. 19
خطرات مصرف زیاد سلنیوم برای سلامتی.. 23
خطرات کمبود سلنیوم در بدن.. 31
روش اول: تزریق سلنیوم. 35
روش دوم: د ادن سلنیوم خوراکی.. 35
نمونه هایی از خواراکیهای حاوی سلنیوم زیاد. 37
فصل سوم- آلودگی سلنیوم و نحوه از بین بردن آن.. 39
نمونه هایی از خاکهای حاوی سلنیوم زیاد. 40
غلظت سلنیوم در خاک.. 40
آلودگی سلنیوم در خاک.. 46
نحوه از بین بردن آلودگی به روش گیاه پالایی.. 48
معرفی برخی از گونه ها و گیاهان مفید در phytoremediation. 52
بررسی و نتایج آزمایشهای مربوط به Phytoremediation. 56
وارد شدن علم بیوتکنولوژی در phytoremediation. 59
نتایج و بحث.. 61
منابع و ماخذ. 63
مشخصات فروشنده
نام و نام خانوادگی : مجتبی خادم پیر
شماره تماس : 09151803449 - 05137530742
ایمیل :info@payfile.org
سایت :payfile.org
برای خرید و دانلود فایل و گزارش خرابی از لینک های روبرو اقدام کنید...
پرداخت و دانلودگزارش خرابی و شکایت از فایل