Física, química y caracterización biológica de seis biochars Producido para la Remediación de Sitios Contaminados

Biocarbón es un material rico en carbono se utiliza como una enmienda del suelo con la capacidad de secuestrar sostenible de carbono, mejorar la calidad del sustrato y los contaminantes Sorb. Este protocolo describe los métodos analíticos 17 utilizados para la caracterización de biochar, que se requiere antes de la implementación a gran escala de estas enmiendas en el medio ambiente.

El objetivo general del siguiente experimento es caracterizar las propiedades físicas, químicas y biológicas de seis biocarbones que se utilizarán como enmiendas del suelo para la remediación de sitios contaminados en cuanto a propiedades básicas de utilidad del biocarbón, porcentaje de humedad y materia orgánica. Se determinan el análisis próximo y final, el pH y la distribución del tamaño de partícula. El análisis de informes de tóxicos incluye pruebas de germinación de semillas y pruebas para evitar lombrices de tierra, así como pruebas de contaminantes para hidrocarburos aromáticos policíclicos, policlorados, biohinojos y metales, incluido el mercurio en el análisis avanzado de biocarbón y propiedades de mejora del suelo.

Los biocarbones se analizan para determinar nutrientes como amoníaco, nitrato, nitrito y fósforo, así como su capacidad para absorber o inmovilizar contaminantes mediante la evaluación de su área de superficie específica y su capacidad de intercambio catiónico. Los resultados de estos métodos detallaron las características físicas, químicas y biológicas del biocarbón y determinaron su elegibilidad para ser utilizado como enmiendas del suelo para la remediación de sitios contaminados. La principal ventaja de usar estos métodos es que son los mismos que los descritos por la Iniciativa Internacional de Biochar o IBI y su protocolo estandarizado, y hemos demostrado que son precisos y efectivos en el análisis de múltiples Biochars.

Muchos de estos métodos serán familiares para los científicos especializados en la investigación del suelo, siempre que se sigan las medidas correctas de aseguramiento y control de calidad. Estos métodos son fiables y fáciles de aplicar tanto al biocarbón como a sus materias primas. En nuestro trabajo anterior, enfatizamos la importancia de una caracterización cuidadosa del biocarbón antes de la implementación a escala de campo.

Cuando nos enteramos de que el IBI estaba desarrollando un protocolo estandarizado, ya habíamos comenzado este proyecto, por lo que pudimos incorporar muchos aspectos de los protocolos del IBI a nuestro trabajo. Mi estudiante de doctorado, Mackenzie Deez, y mi estudiante de maestría Michelle Parisian, y un técnico de laboratorio certificado demostrarán estos procedimientos antes de comenzar este procedimiento. Calibre la sonda de pH antes de usarla con patrones de calibración.

A continuación, agregue 25 gramos de biocarbón a 25 mililitros de agua destilada desionizada en un tubo de centrífuga. Agite la solución manualmente durante dos minutos, luego centrifugue una solución durante 3000 G durante cinco minutos. Cuando termine, recoja el supinato en un tubo de ensayo de vidrio y mida el pH para la distribución del tamaño de partícula a través de un secado progresivo.

Registre el peso de siete tamices estándar de EE. UU. siguiendo este lugar, 60 gramos de biocarbón en el tamiz de 4,7 milímetros. A continuación, coloque la tapa en la parte superior y asegure la pila de tamices en la coctelera. Después de agitar la muestra durante 10 minutos, registre el peso de cada tamiz.

Reporte los datos en un archivo de Excel como porcentaje restante en cada tamiz. Para las pruebas de germinación, asegúrese de que las cantidades respectivas de cada tratamiento sean tres gramos de biocarbón, 10 gramos de tierra para macetas y una hoja de papel de filtro. A continuación, coloque los tratamientos en las respectivas placas de Petri.

A continuación, coloque cinco semillas de calabaza y 50 semillas de alfalfa en las placas de Petri. Para cada tratamiento con un cilindro graduado, agregue 15 mililitros de agua a todas las placas de Petri y cúbralas con las tapas respectivas. Coloque las placas de Petri para la germinación bajo 14 fotoperiodos fluorescentes de 10 horas.

Mantener la temperatura a 27 más o menos seis grados centígrados para simular un ciclo de día y noche de verano. Después de siete días, registre el número de semillas germinadas e informe los resultados como porcentaje germinado por placa de Petri. Mide la longitud de la raíz de las semillas germinadas con una regla.

A continuación, informe las longitudes de las raíces como la suma de cada placa de Petri. Mezcle los biocarbones con una pala y un cubo con tierra para macetas a una tasa del 2,8% en peso. Después de esto, llene cada uno de los compartimentos.

Tenga una rueda para evitar lombrices de tierra con 120 gramos de tierra para macetas como control o una mezcla de biocarbón para tierra para macetas con cada uno de los compartimentos que sirvan como control sin enmiendas. En este punto, retire la isea petito de una mezcla de tierra saludable de turba mantenida con un 30% de humedad, eligiendo lombrices de tamaño que oscilen entre 0,3 y 0,6 gramos. Agregue 10 gusanos al compartimento central redondo y cubra la rueda de evitación con papel de aluminio.

Después de 48 horas, retire los gusanos y registre su ubicación en la rueda de evitación para determinar la concentración de biohinojo policlorado o PCB. Seque muestras de suelo de 10 gramos durante la noche a 25 grados centígrados durante 18 a 24 horas. Cuando termine, muela las muestras hasta obtener un polvo fino con 10 gramos de sulfato de sodio y 10 gramos de arena de ottawa.

A continuación, dos gramos de muestra en un dedal y añadir 100 microlitros de deco chloro bienal como patrón sustituto interno. Extraiga las muestras en un aparato oxit durante cuatro horas a cuatro a seis ciclos por hora en 250 mililitros de diclorometano después de la extracción. Transfiera cada extracto de muestra a un tubo y concémplalo a un mililitro usando vacío, utilizando un cromatógrafo de gases equipado con un detector de captura de electrones, una columna capilar de sílice fundida y un software apropiado analizó los extractos de biocarbón para obtener un total de una cláusula que informe los valores como microgramos por gramo de peso seco.

Los resultados de esta tabla describen las propiedades físicas, químicas y biológicas necesarias para caracterizar completamente el biocarbón y sus materias primas. Los protocolos descritos en este manuscrito y necesarios para obtener estos resultados son consistentes con los descritos en el protocolo estandarizado del IBI. Las pruebas biológicas del biocarbón son importantes para evaluar su toxicidad.

La exposición a contaminantes puede inhibir la capacidad de las lombrices de tierra para realizar funciones esenciales del suelo, como la descomposición, la mineralización de nutrientes y las mejoras en la estructura del suelo. Las pruebas arrojaron diferencias significativas entre los biocarbones. El nuevo biocarbón no mostró efectos perjudiciales sobre la lombriz de tierra isia feta, según lo evaluado por la prevención de lombrices de tierra.

Sin embargo, los gusanos evitaron significativamente el biocarbón viejo, las semillas de calabaza y alfalfa germinaron bien con un 67% y 81% de germinación respectivamente. Las raíces también proliferaron bien, con longitudes promedio después de siete días de 14 centímetros y 55 centímetros para las semillas de calabaza y alfalfa, respectivamente. El biocarbón viejo mostró toxicidad para las plantas y todos los demás biocarbones evaluados no mostraron efectos perjudiciales para la germinación de las semillas medido por porcentaje, germinación y longitud de la raíz después de siete días.

Todos los métodos son necesarios para caracterizar eficazmente el biocarbón antes de la aplicación a escala de campo. Sin embargo, muchos de estos métodos se pueden realizar al mismo tiempo, y esto minimiza la cantidad de tiempo requerido para la caracterización del biocarbón. A la hora de llevar a cabo cualquiera de estos métodos, es fundamental asegurarse de que el biochar esté correctamente homogeneizado y que se tome una muestra representativa.

Hay muchos aspectos de la garantía de calidad y el control de calidad que son parte integral de cada método y críticos para producir datos confiables. Después de una caracterización exhaustiva del biocarbón, puede comenzar la aplicación a escala de campo del biocarbón. El objetivo de estos estudios puede ser minimizar la biodisponibilidad de contaminantes a través de la absorción, mejorar el rendimiento de los cultivos a través del aumento de la capacidad de intercambio de gatos en las adiciones de nutrientes, o evaluar el potencial de secuestro de carbono del biocarbón determinando su estabilidad y suelos a lo largo del tiempo.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de los métodos químicos, físicos y biológicos necesarios para caracterizar completamente el biocarbón. El biocarbón se puede utilizar como enmienda del suelo para la remediación de sitios contaminados.