تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

اثر نانومواد کربنی مختلف بر مقاومت برشی و مقاومت به نفوذ یک خاک لوم‌شنی در شرایط رطوبتی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 بخش علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 بخش علوم و مهندسی مواد، دانشکده مهندسی عمران و مواد، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
3 بخش علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
10.22059/ijswr.2026.420654.670202
چکیده
بهبود کیفیت خاک و کاهش محدودیت‌های رشد ریشه، از مهم‌ترین چالش‌های کشاورزی محسوب می‌شود. در سال‌های اخیر استفاده از نانومواد کربنی به‌دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد به‌عنوان اصلاح‌کننده خاک، افزایش یافته است. با این حال اطلاعات موجود در مورد اثر نانومواد کربنی بر ویژگی‌های خاک به‌ویژه مقاومت‌های برشی و نفوذی خاک محدود است. از این‌رو، پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر نانومواد کربنی مختلف (گرافن، اکسیدگرافن، اکسیدگرافن احیاشده، نانولوله‌های کربنی چندجداره و نانولوله‌های کربنی چندجداره اصلاح شده با OH) هرکدام در سطوح (صفر، 50 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم) بر مقاومت برشی و نفوذی یک خاک لوم‌شنی در شرایط رطوبتی مختلف (سطوح 100، 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی) در یک آزمایش گلخانه‌ای شش ماهه انجام شد. نتایج نشان داد اثر نانومواد مختلف بر مقاومت برشی و نفوذی متفاوت بود به‌‌طوری که گرافن و نانولوله‌های کربنی چندجداره اصلاح شده با OH اثر معنی‌داری بر مقاومت برشی نداشتند در حالی مقاومت نفوذی را در غلظت 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم، به‌ترتیب به میزان 4/31 و 4/22 درصد نسبت به شاهد افزایش دادند. اما اکسیدگرافن، اکسیدگرافن احیاشده، نانولوله‌های کربنی چندجداره سبب افزایش مقاومت نفوذی و برشی شدند و این اثر با افزایش سطح نانوماده افزایش یافت که این اختلاف را می‌توان به ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی متفاوت آن‌ها نسبت داد. علاوه‌براین اثر متقابل شرایط رطوبتی مختلف و کاربرد نانومواد کربنی بر مقاومت برشی تنها برای کمترین سطح رطوبت و در تیمارهای حاوی اکسیدگرافن از نظر آماری معنی‌دار بود و سبب کاهش مقاومت برشی شد. در حالی که مقاومت نفوذی در نمونه‌های تیمارشده با اکسیدگرافن احیاشده و نانولوله‌های کربنی به‌ترتیب به میزان 7/17 و 15 درصد کاهش یافت. این یافته‌ها بیانگر آن است که نوع، مقدار و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی نانوماده نقش تعیین‌کننده‌ای در نحوه اصلاح خاک توسط این نانومواد داشته و استفاده هدفمند از این مواد می‌تواند رویکردی مؤثر در افزایش کیفیت خاک باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effects of Different Carbon Nanomaterials on the Shear Strength and Penetration Resistance of a Sandy Loam Soil under Different Soil Moisture Conditions

نویسندگان English

Shakiba Sadeghi Askari 1
Ali Akbar Moosavi 1
ُSeyed Mojtaba Zebarjad 2
Saeid Eshghi 3
1 Department of Soil Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran.
2 Department of Materials Science and Engineering, College of Civil and Materials Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
3 Department of Horticultural Science, College of Agriculture, Shiraz University, Shiraz, Iran.
چکیده English

In recent years, using carbon nanomaterials as soil amendments has increased owing to their unique properties. However, the effects of carbon nanomaterials on soil properties, particularly soil shear strength and penetration resistance, remain limited. Therefore, we evaluated the effects of 0, 50, and 100 mg kg⁻¹ of graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, multi-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes-OH on the shear strength and penetration resistance of a sandy loam soil under 100, 75, and 50% field capacity (FC) moisture conditions in a six-month experiment. The effects of the different nanomaterials on shear strength and penetration resistance were different. Specifically, graphene and multi-walled carbon nanotubes-OH had no significant effect on shear strength, whereas 100 mg kg⁻¹ of them increased penetration resistance by 31.4% and 22.4%, respectively, compared to the control. However, graphene oxide, reduced-graphene oxide, and multi-walled carbon nanotubes increased both penetration resistance and shear strength, and this effect increased with increasing application level. Furthermore, the interaction effect of different moisture conditions and the application levels on shear strength was statistically significant only at 50% FC and in the graphene oxide treatments, resulting in a reduction in shear strength. In contrast, penetration resistance decreased by 17.7% and 15% in reduced graphene oxide and multi-walled carbon nanotubes treatments, respectively. Findings indicated that the type, application rate, and physicochemical properties of nanomaterials play decisive roles in the manner by which these nanomaterials modify soil, and that the targeted application of these materials can be an effective approach for improving soil quality.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nanotubes
Cone resistance
Graphene
Graphene oxide
Soil consistency

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 18 آبان 1405