Published April 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Lead and Zinc Chemical Fraction Alterations in Multi-Metal Contaminated Soil with Pomelo Peel Biochar and Biochar/Apatite Incubation

Creators

  • 1. Thai Nguyen University

Description

Abstract The issue of heavy metal soil contamination is widespread, and the negative effects of heavy metals on the ecosystem depend on their chemical speciation in contaminated soil. Pomelo peel-derived biochar produced at 300 °C (PPB300) and 500 °C (PPB500) and its combination with apatite ore (AP) was applied to immobilize lead (Pb) and zinc (Zn) in agricultural multi-metal polluted soil. Soil amendments including biochar (PPB300 and PPB500) at concentrations of 3%, 5%, and 10%, as well as a mixture of biochar and apatite (AP) at 3:3% and 5:5% weight ratios, were introduced into the soil matrix. The chemical forms of Pb and Zn in incubated soil samples and control soil (CS) were studied utilizing the Tessier's sequential extraction procedure. The chemical partitioning of heavy metals was carried out using Tessier's extraction protocol, yielding fractions representing exchangeable (F1), carbonate (F2), Fe/Mn oxide (F3), organic matter (F4), and residual (F5) forms. Quantification of Pb and Zn concentrations was accomplished via inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Observations revealed notable elevations in pH, organic carbon (OC), and electrical conductivity (EC) levels within the treated soil relative to the control soil (p < 0.05). After incubating PPB300, PPB500, and AP for 30 days, there was a reduction in the exchangeable fraction of Pb and Zn by approximately 64% and 58% respectively. This reduction was achieved by transforming heavy metals from mobile fractions to immobile fractions using five primary mechanisms: chemical and physical adsorption, electrostatic attraction, the formation of complexes via interactions with active groups, cation exchange processes, and precipitation events mediated by phosphate, carbonate ions, or hydroxyl ions within an alkaline environment. Therefore, pomelo peel-derived biochar and the blend of biochar/apatite show promise as materials for mitigating heavy metal pollution in soil.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تنتشر قضية تلوث التربة بالمعادن الثقيلة على نطاق واسع، وتعتمد الآثار السلبية للمعادن الثقيلة على النظام البيئي على انتواعها الكيميائي في التربة الملوثة. تم تطبيق الفحم الحيوي المشتق من قشر بوميلو المنتج عند 300 درجة مئوية (PPB300) و 500 درجة مئوية (PPB500) وتركيبه مع خام الأباتيت (AP) لتثبيت الرصاص (Pb) والزنك (Zn) في التربة الزراعية الملوثة متعددة المعادن. تم إدخال تعديلات التربة بما في ذلك الفحم الحيوي (PPB300 و PPB500) بتركيزات 3 ٪ و 5 ٪ و 10 ٪، بالإضافة إلى خليط من الفحم الحيوي والأباتيت (AP) بنسب وزن 3: 3 ٪ و 5: 5 ٪ في مصفوفة التربة. تمت دراسة الأشكال الكيميائية للرصاص والزنك في عينات التربة المحتضنة وتربة التحكم (CS) باستخدام إجراء الاستخراج المتسلسل لـ Tessier. تم إجراء التقسيم الكيميائي للمعادن الثقيلة باستخدام بروتوكول استخراج Tessier، مما أدى إلى إنتاج كسور تمثل أشكال قابلة للتبديل (F1)، وكربونات (F2)، وأكسيد الحديد/المنغنيز (F3)، والمواد العضوية (F4)، وبقايا (F5). تم تحقيق القياس الكمي لتركيزات الرصاص والزنك عن طريق مطياف كتلة البلازما المقترن حثيًا (ICP - MS). كشفت الملاحظات عن ارتفاعات ملحوظة في مستويات الأس الهيدروجيني والكربون العضوي (OC) والموصلية الكهربائية (EC) داخل التربة المعالجة بالنسبة لتربة التحكم (p < 0.05). بعد احتضان PPB300 و PPB500 و AP لمدة 30 يومًا، كان هناك انخفاض في الجزء القابل للتبديل من الرصاص والزنك بنحو 64 ٪ و 58 ٪ على التوالي. تم تحقيق هذا الانخفاض من خلال تحويل المعادن الثقيلة من الكسور المتحركة إلى الكسور الثابتة باستخدام خمس آليات أساسية: الامتزاز الكيميائي والفيزيائي، والجذب الكهروستاتيكي، وتشكيل المجمعات عبر التفاعلات مع المجموعات النشطة، وعمليات تبادل الكاتيونات، وأحداث هطول الأمطار بوساطة الفوسفات أو أيونات الكربونات أو أيونات الهيدروكسيل داخل بيئة قلوية. لذلك، فإن الفحم الحيوي المشتق من قشر الفلفل ومزيج الفحم الحيوي/الأباتيت يبشران بالخير كمواد للتخفيف من تلوث المعادن الثقيلة في التربة.

Translated Description (French)

Résumé Le problème de la contamination des sols par les métaux lourds est répandu et les effets négatifs des métaux lourds sur l'écosystème dépendent de leur spéciation chimique dans les sols contaminés. Le biochar dérivé de la peau de pomelo produit à 300 °C (PPB300) et 500 °C (PPB500) et sa combinaison avec du minerai d'apatite (AP) ont été appliqués pour immobiliser le plomb (Pb) et le zinc (Zn) dans les sols agricoles multi-métalliques pollués. Des amendements du sol comprenant du biochar (PPB300 et PPB500) à des concentrations de 3%, 5% et 10%, ainsi qu'un mélange de biochar et d'apatite (AP) à des rapports pondéraux de 3:3% et 5:5%, ont été introduits dans la matrice du sol. Les formes chimiques du Pb et du Zn dans les échantillons de sol incubés et le sol témoin (CS) ont été étudiées en utilisant la procédure d'extraction séquentielle de Tessier. Le partitionnement chimique des métaux lourds a été réalisé en utilisant le protocole d'extraction de Tessier, donnant des fractions représentant des formes échangeables (F1), carbonate (F2), oxyde de Fe/Mn (F3), matière organique (F4) et résiduelles (F5). La quantification des concentrations de Pb et de Zn a été réalisée par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS). Les observations ont révélé des élévations notables du pH, du carbone organique (CO) et de la conductivité électrique (CE) dans le sol traité par rapport au sol témoin (p < 0,05). Après incubation de PPB300, PPB500 et AP pendant 30 jours, il y a eu une réduction de la fraction échangeable de Pb et Zn d'environ 64 % et 58 % respectivement. Cette réduction a été réalisée en transformant les métaux lourds des fractions mobiles en fractions immobiles en utilisant cinq mécanismes principaux : l'adsorption chimique et physique, l'attraction électrostatique, la formation de complexes via des interactions avec des groupes actifs, les processus d'échange cationique et les événements de précipitation médiés par des ions phosphate, carbonate ou hydroxyle dans un environnement alcalin. Par conséquent, le biochar dérivé de la peau de pomelo et le mélange de biochar/apatite sont prometteurs en tant que matériaux pour atténuer la pollution des sols par les métaux lourds.

Translated Description (Spanish)

Resumen El problema de la contaminación del suelo por metales pesados está muy extendido, y los efectos negativos de los metales pesados en el ecosistema dependen de su especiación química en el suelo contaminado. El biochar derivado de la cáscara de pomelo producido a 300 °C (PPB300) y 500 °C (PPB500) y su combinación con mineral de apatita (AP) se aplicó para inmovilizar plomo (Pb) y zinc (Zn) en suelos agrícolas contaminados con metales múltiples. Las enmiendas del suelo que incluyen biochar (PPB300 y PPB500) en concentraciones de 3%, 5% y 10%, así como una mezcla de biochar y apatita (AP) en proporciones en peso de 3:3% y 5:5%, se introdujeron en la matriz del suelo. Las formas químicas de Pb y Zn en muestras de suelo incubado y suelo de control (CS) se estudiaron utilizando el procedimiento de extracción secuencial de Tessier. La partición química de metales pesados se llevó a cabo utilizando el protocolo de extracción de Tessier, produciendo fracciones que representan formas intercambiables (F1), carbonato (F2), óxido de Fe/Mn (F3), materia orgánica (F4) y residual (F5). La cuantificación de las concentraciones de Pb y Zn se logró mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Los resultados revelaron aumentos notables en el pH, el carbono orgánico (OC) y los niveles de conductividad eléctrica (EC) dentro del suelo tratado en relación con el suelo de control (p < 0.05). Después de incubar PPB300, PPB500 y AP durante 30 días, hubo una reducción en la fracción intercambiable de Pb y Zn en aproximadamente 64% y 58% respectivamente. Esta reducción se logró mediante la transformación de metales pesados de fracciones móviles a fracciones inmóviles utilizando cinco mecanismos principales: adsorción química y física, atracción electrostática, formación de complejos a través de interacciones con grupos activos, procesos de intercambio catiónico y eventos de precipitación mediados por iones fosfato, carbonato o hidroxilo dentro de un entorno alcalino. Por lo tanto, el biochar derivado de la cáscara de pomelo y la mezcla de biochar/apatita son prometedores como materiales para mitigar la contaminación por metales pesados en el suelo.

Files

pdf.pdf

Files (11.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:156706b701ffe3186386faa25abdb6fa
11.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التعديلات الكيميائية للرصاص والزنك في التربة الملوثة بالمعادن المتعددة مع الفحم الحيوي لقشر البوميلو وحضانة الفحم الحيوي/الأباتيت
Translated title (French)
Altérations de la fraction chimique du plomb et du zinc dans un sol contaminé multimétallique avec biochar Pomelo Peel et incubation Biochar/Apatite
Translated title (Spanish)
Alteraciones de las fracciones químicas de plomo y zinc en suelos contaminados con metales múltiples con biochar de cáscara de pomelo e incubación de biochar/apatita

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394593438
DOI
10.1088/2053-1591/ad3cba

Is supplement to
https://openalex.org/W4206968271 (Other)
https://openalex.org/W3199771669 (Other)
https://openalex.org/W3150549663 (Other)
https://openalex.org/W3140784544 (Other)
https://openalex.org/W2763797656 (Other)
https://openalex.org/W2523079174 (Other)
https://openalex.org/W2323835979 (Other)
https://openalex.org/W2261753061 (Other)
https://openalex.org/W2253284738 (Other)
https://openalex.org/W2019635556 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1875674843
  • https://openalex.org/W1968414752
  • https://openalex.org/W1972763426
  • https://openalex.org/W1985994107
  • https://openalex.org/W2019730116
  • https://openalex.org/W2046610542
  • https://openalex.org/W2052393515
  • https://openalex.org/W2065746403
  • https://openalex.org/W2103515365
  • https://openalex.org/W2118750261
  • https://openalex.org/W2121642095
  • https://openalex.org/W2125805816
  • https://openalex.org/W2126164548
  • https://openalex.org/W2157765503
  • https://openalex.org/W2205062457
  • https://openalex.org/W2278766243
  • https://openalex.org/W2298068789
  • https://openalex.org/W2416360169
  • https://openalex.org/W2515101019
  • https://openalex.org/W2518966908
  • https://openalex.org/W2550886223
  • https://openalex.org/W2552090900
  • https://openalex.org/W2597636536
  • https://openalex.org/W2604347325
  • https://openalex.org/W2612500963
  • https://openalex.org/W2752380498
  • https://openalex.org/W2766130505
  • https://openalex.org/W2767474113
  • https://openalex.org/W2770447853
  • https://openalex.org/W2775861991
  • https://openalex.org/W2792293104
  • https://openalex.org/W2792459029
  • https://openalex.org/W2799758148
  • https://openalex.org/W2805060094
  • https://openalex.org/W2883439718
  • https://openalex.org/W2888331821
  • https://openalex.org/W2888603553
  • https://openalex.org/W2892101816
  • https://openalex.org/W2901978962
  • https://openalex.org/W2914604172
  • https://openalex.org/W2921856664
  • https://openalex.org/W2923600000
  • https://openalex.org/W2947116544
  • https://openalex.org/W2973824398
  • https://openalex.org/W2996696735
  • https://openalex.org/W2999335430
  • https://openalex.org/W3001007947
  • https://openalex.org/W3002121381
  • https://openalex.org/W3004850069
  • https://openalex.org/W3006418266
  • https://openalex.org/W3033245559
  • https://openalex.org/W3037845940
  • https://openalex.org/W3041568058
  • https://openalex.org/W3046184853
  • https://openalex.org/W3095158024
  • https://openalex.org/W3118172988
  • https://openalex.org/W3130172999
  • https://openalex.org/W3130711097
  • https://openalex.org/W3138272787
  • https://openalex.org/W3158588420
  • https://openalex.org/W3205220658
  • https://openalex.org/W3211443318
  • https://openalex.org/W4220715630
  • https://openalex.org/W4224291003
  • https://openalex.org/W4281634780
  • https://openalex.org/W4283071646
  • https://openalex.org/W4283263769
  • https://openalex.org/W4283588000
  • https://openalex.org/W4293066827
  • https://openalex.org/W4309719942
  • https://openalex.org/W4322620023
  • https://openalex.org/W4385576882