Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية توصيف ستة Biochars إنتاج لمعالجة المواقع الملوثة

Published: November 28, 2014 doi: 10.3791/52183
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Chemistry and Chemical Engineering, Royal Military College of Canada, 2Analytical Services Unit, School of Environmental Studies, Queen's University

Summary

الفحم النباتي هو مادة غنية بالكربون استخدامها بوصفها تعديل التربة مع القدرة على تنحية الكربون على نحو مستدام، وتحسين نوعية الركيزة والملوثات فاكهة الغبيراء. يصف هذا البروتوكول الأساليب التحليلية 17 تستخدم لتوصيف الفحم النباتي، وهو الأمر المطلوب قبل التنفيذ على نطاق واسع من هذه التعديلات في البيئة.

Abstract

الخواص الفيزيائية والكيميائية للالفحم النباتي تختلف استنادا إلى مصادر المواد الأولية وظروف الإنتاج، مما يجعل من الممكن لهندسة biochars مع وظائف محددة (على سبيل المثال تنحية الكربون، وتحسين نوعية التربة، أو الامتصاص الملوثات). في عام 2013، قدمت مبادرة الفحم النباتي الدولي (IBI) المتاحة للعموم بهم موحدة تعريف المنتج وإرشادات اختبار المنتج (النسخة 1.1) التي وضعت معايير لالخصائص الفيزيائية والكيميائية للالفحم النباتي. وقد تم تحليل ستة biochars مصنوعة من ثلاثة المواد الأولية المختلفة، وعلى اثنين من درجات الحرارة عن الخصائص المتعلقة استخدامها كتعديل التربة. يصف بروتوكول تحليل المواد الأولية وbiochars وتشمل: القدرة تبادل الأيونات الموجبة (CEC)، مساحة محددة (SSA) والكربون العضوي (OC) ونسبة الرطوبة، ودرجة الحموضة، وتوزيع حجم الجسيمات، وتحليل الداني والنهائي. كما هو موضح في البروتوكول هي تحليلات من المواد الأولية والفحم النباتيالصورة عن الملوثات بما في ذلك هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات (الحلقات)، ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs)، والمعادن والزئبق وكذلك المغذيات (الفوسفور والنتريت والنترات والأمونيوم كما النيتروجين). ويتضمن البروتوكول أيضا إجراءات الاختبار البيولوجية، وتجنب ديدان الأرض والمقايسات الإنبات. على أساس السيطرة ضمان الجودة / الجودة (QA / QC) نتائج الفراغات، والتكرارات، والمعايير والمواد المرجعية، تم تحديد كافة أساليب كافية للاستخدام مع المواد الفحم النباتي وسيطة. وكانت جميع biochars والمواد الأولية جيدا داخل المعيار الذي وضعته IBI وكان هناك اختلاف كبير بين biochars، ما عدا في حالة من الفحم النباتي التي تنتج من مواد النفايات البناء. وكان هذا الفحم النباتي (ويشار إلى قديم الفحم النباتي) مصممة لديهم مستويات مرتفعة من الزرنيخ والكروم والنحاس، والرصاص، وفشل دودة الأرض تجنب وإنبات المقايسات. وبناء على هذه النتائج، فإن الفحم النباتي قديم لا تكون مناسبة لاستخدامها بوصفها تعديل التربة لق الكربونequestration، وتحسين نوعية الركيزة أو العلاج.

Introduction

الفحم النباتي هو من قبل المنتج غنية بالكربون التي تنتج أثناء الانحلال الحراري للمواد العضوية 1. الفائدة، سواء علنا وأكاديميا، في إضافة الفحم النباتي للتربة، وينبع من قدرتها على تحسين نوعية التربة ونمو النبات 2، 3، 4 عزل الكربون على نحو مستدام، ويعب من الملوثات الضارة 2، 3، 5-7، بينما يشكل في ذات الوقت بدائل للنفايات إدارة الإنتاج والطاقة من خلال الانحلال الحراري.

ويجري انتاج Biochars من قبل العديد من الشركات والمنظمات في جميع أنحاء العالم عن طريق نظم الانحلال الحراري مختلفة. المواد المستخدمة لإنتاج الفحم النباتي وتشمل (ولكن لا تقتصر على) رقاقات الخشب والسماد الحيواني والنفايات البناء 1. ويتوقع لهذه الاختلافات لتغيير الخواص الفيزيائية والكيميائية للbiochars "، ​​وبالتالي قدرتها على تحسين ركائز، وتعزيز الاستقرار على المدى الطويل وزيادة قدرات الامتصاص. بالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية الانحلال الحراري أماه الفحم النباتيذ تصبح ملوثة غير قصد مع المعادن، الحلقات وثنائي الفينيل متعدد الكلور نتيجة المواد الأولية الملوثة أو شروط الانحلال الحراري غير لائقة. لذلك، قبل يمكن تطبيق الفحم النباتي على نطاق واسع في البيئة كتعديل التربة، وتوصيف دقيق للالفحم النباتي للملوثات، مساحة محددة، والقدرة على تبادل الأيونات الموجبة، وتجنب ديدان الأرض وإنبات وغيرها التي اقترحتها مبادرة الفحم النباتي الدولي (IBI) يجب أن تتم. في عام 2013، أول موحدة تعريف المنتج وإرشادات اختبار المنتج لالفحم النباتي، والتي تضع معايير للخصائص الفيزيائية والكيميائية الفحم النباتي، ونشرت وإتاحتها للعموم.

وقد أظهرت الأبحاث أن الفحم النباتي المنتجة في دفيئة التجارية في أوديسا، ON، كندا لديها القدرة على تحسين نمو النبات بشكل كبير في التربة المتدهورة بشكل مكثف ومستمر يعب الملوثات العضوية الثابتة مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور 2 و 3. وقد تم إنتاج هذا الفحم النباتي من ثلاثةالمواد الأولية المختلفة (أي مصادر المواد العضوية) عن طريق نظام المرجل حيث يتم استخدام الحرارة المتولدة لتدفئة عملية المسببة للاحتباس الحراري خلال أشهر الشتاء.

وتقدم هذه الدراسة بيانات التوصيف المناسب أن إنتاج الفحم النباتي في غلاية الكتلة الحيوية، واستخدام الفحم النباتي كتعديل التربة. والهدف من هذه الدراسة هو تميز بدقة الخصائص البيولوجية للستة biochars وفقا للمعايير التي وضعتها IBI في هم الموحد تعريف المنتج وإرشادات اختبار المنتج (النسخة 1.1) (2013) الفيزيائية والكيميائية و. وسيتم ربط هذه الخصائص، حيثما أمكن، لأداء كل الفحم النباتي إلى التعديلات الزراعية وقدرتها على يعب الملوثات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: التحاليل الكيميائية أجريت في وحدة الخدمات التحليلية (ASU) في مدرسة الدراسات البيئية في جامعة كوينز (كينغستون، ON). تم اعتماد ASU من قبل الجمعية الكندية لاعتماد المختبرات (CALA) لاختبارات محددة المدرجة في نطاق الاعتماد. وأجريت تحاليل أخرى، بما في ذلك التجارب المسببة للاحتباس الحراري، في الكلية العسكرية الملكية في كندا (كينغستون، ON) في قسم الكيمياء والهندسة الكيميائية.

1. اعتبارات عامة

  1. لضمان الجودة ومراقبة الجودة، وتحليل تحليلية فارغة ومكررة التحليلي، نسخة مكررة نموذج والمواد المرجعية القياسية مع كل دفعة من عينات (الحد الأقصى لحجم الدفعة 10) لالأساليب في البروتوكول.
  2. إنشاء نماذج مكررة عند أخذ العينات الفرعية من العينة الأصلية وتذهب من خلال نفس إعداد كما العينات غير معروفة. ضمان القيم المكررة ضمن 20٪ من كلالبعض أو تكرار التحليل. تأكد من أن نتائج تحليل الفراغات هي أقل من حدود الكشف عن أسلوب المقابلة. حدود المواد المرجعية القياسية تعتمد على الأسلوب الفردي ولكن تأكد من أنها عادة في غضون 15-30٪ من القيمة المتوقعة.
    ملاحظة: في العديد من الأساليب المذكورة في البروتوكول، وترد تفاصيل حول النظام المقترح لتحليل عينة بما في ذلك calibrants، والفراغات، والمعايير العالية والمنخفضة، وعينات مجهولة. هذا هو لضمان عدم تلوث المتبادل بين العينات وضمان مستوى عال لQA / QC.
    ملاحظة: تم إنتاج ستة biochars في الاحتباس الحراري التجارية وتحليل لمعلمات البيولوجية الكيميائية والفيزيائية و. أسماء كل الفحم النباتي تعكس المعلمات إنتاجها أو مصدر المواد الأولية (الجدول 1).

2. اختبار الفئة A: بسيطة خصائص الفحم النباتي المساعدة

  1. والرطوبة العضوية مسألة المحتوى
    1. استخدام خسارة على الاشتعال الإجراء خارجواصطف نيلسون وسومرز (1996).
      1. تشمل نسخة مكررة العينة والمواد المرجعية القياسية (أوتاوا الرمال) لكل 10 عينات مجهولة.
      2. تسمية الأكواب 50 مل مع علامة مقاومة للحرارة، فرن تجفيف لهم في 105 ° C، والسماح لهم لتبرد ثم تسجيل الوزن.
      3. تزن 2 غرام من عينة الهواء المجفف في كوب المجفف الفرن. عينة جافة في 105 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، ثم إزالة من الفرن والسماح لتبرد.
      4. مرة واحدة باردة، وتزن الكأس والعينة (X = وزن العينة المجففة - وزن الكأس).
      5. وضع العينة في الفرن دثر والحرارة لمدة 16 ساعة يشمل على 420 ° C. إزالة عينة من الفرن ويترك ليبرد. تزن الكأس مع عينة مرة أخرى وتسجيل الوزن (Y = وزن عينة ashed - وزن الكأس).
      6. أداء الحسابات التالية:
        ط) خسارة على الاشتعال = XY
        ب)٪ الرطوبة = ((عينة الوزن - X) / عينة الوزن) × 100٪
        ج)٪ العضوية ماتإيه = (خسارة على الاشتعال / X) × 100٪
  2. التحليل التقريبي والنهائي
    ملاحظة: للحصول على المباشر / التحليل النهائي، وقد تم تحليل أربع عينات: منخفضة، عالية، وأجري ستاندرد الوقود وارتفاع 2. تحليل PAH بها على الأقل، عالية، وستاندرد الوقود. وقد تم اختيار هذه كممثل لbiochars إنتاجها منذ عام 2012.
    1. إجراء القريبة ويحلل في نهاية المطاف في منشأة تجارية على أساس الأساليب: D3172-13 ASTM 8 و D3176-09، الممارسة القياسية لالداني و Ultimate تحليل 9 من الفحم وفحم الكوك، على التوالي.
  3. درجة الحموضة
    1. معايرة مسبار درجة الحموضة يوميا قبل استخدام مع المعايير المعايرة.
    2. إضافة 0.25 جم الفحم النباتي إلى 25 مل المقطر والماء منزوع الأيونات.
    3. يهز يدويا لمدة 2 دقيقة، ثم الطرد المركزي ل 3،000 x ج لمدة 5 دقائق.
    4. جمع طاف في الزجاج أنبوب اختبار وقياس درجة الحموضة.
  4. حجم الجسيمات التوزيع
    1. تحليل جميع العينات في triplicatالبريد عبر النخل الجاف التدريجي مقتبس من ASTM D5158-98 10 باستخدام سبعة المناخل الولايات المتحدة قياسي وعموم (4.7، 2.0، 1.0، 0.50، 0.25، 0.15، و0.0075 ملم)
      1. تسجيل وزن كل غربال فارغة وكومة من المناخل وذلك من عموم إلى 4.7 ملم مع 4.7 ملم غربال يجري في الأعلى.
      2. وضع 60 غرام من الفحم النباتي في 4.7 ملم غربال، ضع غطاء على رأس وتأمين كومة من المناخل على شاكر.
      3. يهز لمدة 10 دقيقة وتسجيل وزن كل غربال. إبلاغ البيانات في ملف إكسل كما في المئة المتبقية في كل غربال.

3. اختبار الفئة B: سمية التقارير

  1. اختبارات الإنبات
    1. استخدام الأسلوب اختبار إنبات البذور التي حددها سليمان وآخرون (2012) 11.
      1. استخدام ورق الترشيح وتربة والضوابط إيجابية.
      2. تأكد من أن الأوزان الخاصة بكل العلاج 3 غرام من الفحم النباتي، و 10 غرام من تربة، و1 قطعة من filteص الورق.
        ملاحظة: تستند هذه القيم على وحدة التخزين في طبق بتري بحيث يكون لكل الطبق هو ~ 50٪ الكاملة (من حيث الحجم).
      3. في أطباق بتري (8.5 سم وقطرها)، ضع خمسة القرع ثمرة قرعية النيابة. PEPO (اليقطين) البذور و50 الحجازي (البرسيم) البذور في كل معاملة.
      4. باستخدام اسطوانة تخرج إضافة 15 مل من الماء لجميع أطباق بتري، ثم تغطيتها مع الأغطية الخاصة بها.
      5. وضع أطباق بتري للإنبات في ظل 14:10 ساعة (يوم: ليلة) الإضاءة الفلورسنت والحفاظ على درجة حرارة 27 درجة مئوية في (± 6 درجات مئوية).
      6. بعد سبعة أيام تسجيل عدد البذور النابتة. النتائج بلغ عن٪ نبتت في طبق بتري. قياس طول الجذر البذور النابتة باستخدام المسطرة. أطوال تقرير الجذر كمبلغ لكل طبق بتري (سم / طبق بتري).
  2. دودة الأرض تجنب
    1. تخزين الدوده الحمراء في مصفوفة التربة صحية تتألف من الطحالب وبوتينغالتربة والحفاظ على رطوبة التربة في ~ 30٪.
    2. استخدام أسلوب تجنب ديدان الأرض التي وصفها لي وآخرون. (2011). اختر الديدان تتراوح 0،3-0،6 غرام في الحجم.
      1. لهذا الاختبار، استخدم ست عجلات تجنب (الشكل 1) أو بنية مماثلة لتلك التي وردت في البيئة كندا الحاد تجنب اختبار (البيئة كندا، 2004).
      2. مزيج biochars بشكل منفصل باستخدام الأشياء بأسمائها الحقيقية ودلو مع تربة بمعدل 2.8٪ (حسب الوزن).
      3. ملء كل من المقصورات ستة مع 120 غرام من التربة أو خليط التربة / الفحم النباتي، مع كل حجرة أخرى بمثابة عنصر تحكم غير المعدلة (الشكل 1) أي التربة دون الفحم النباتي. إضافة 10 الديدان إلى المقصورة وسط مستديرة.
      4. فضح الديدان لمدة 48 ساعة الحفاظ على عجلة تجنب مغطاة بورق الألمنيوم لمنع دودة الهروب. الحفاظ على ظروف درجات الحرارة للعجلات تجنب بين 20-25 درجة مئوية. مراقبة رطوبة التربة والحفاظ على ~ 30٪. بعد 48 ساعة إزالة الديدان وتسجيل مواقعها في عجلة تجنب، أي إذا كانوا في ط) عدلت أو الثاني) المقصورات غير المعدلة. لا إعادة استخدام الديدان للاختبار في المستقبل.
  3. الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات
    1. تحليل الحلقات بواسطة مذيبات وGC-MS على أساس EPA 8270 12.
  4. ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB) تركيز
    1. عينات الجافة (10 غرام) بين عشية وضحاها في 25 درجة مئوية لمدة 18-24 ساعة ثم طحن لهم إلى مسحوق ناعم (حجم الجسيمات <0.15 ملم) مع 10 جم كبريتات الصوديوم و 10 غرام أوتاوا الرمال.
    2. تشمل واحدة التحليلي فارغة (الرمال أوتاوا)، عنصر تحكم واحد (كمية معروفة من مستوى PCB) وعينة واحدة مكررة التحليلية لكل 10 عينات مجهولة.
    3. وضع 2 غرام العينة إلى سوكسليت كشتبان وإضافة 100 ميكرولتر decachlorobiphenyl (DCBP) كمعيار بديل الداخلي.
    4. استخراج العينات في جهاز سوكسليت لمدة 4 ساعة عند 4-6 دورات في الساعة في 250 مل من ثنائي كلورو ميثان.
    5. باستخدام الغاز اللوني مجهزة الصغرى 63 ني أسر الإلكترون كاشف (GC / μECD)، عمود تنصهر السيليكا الشعرية (30 م، 0.25 مم × 0.25 ID سمك ميكرون فيلم) وتحليل مقتطفات الفحم النباتي لمجموعه Aroclors البرمجيات المناسبة. استخدام الهيليوم بوصفها الناقل للغاز بمعدل تدفق 1.6 مل / دقيقة. استخدام النيتروجين مثل غاز ماكياج للكشف عن أسر الإلكترون (تنمية الطفولة المبكرة). قيم بلغ عن ميكروغرام / غرام من الوزن الجاف.
  5. تحليل المعادن
    1. عينات الهواء الجاف ل18-24 ساعة وطحن الى مسحوق ناعم (حجم الجسيمات <0.15 ملم) مع هاون ومدقة.
    2. باستخدام كاشف الصف الأحماض المركزة والحرارة 0.5 غرام من العينة في 2 مل 70٪ (وزن / وزن) حمض النتريك و 6 مل 38٪ (وزن / وزن) حمض الهيدروكلوريك، حتى يتم تقليل مستوى الصوت إلى 1-2 مل. ثم الماكياج الحل ل25 مل في قارورة حجمية باستخدام المقطر والماء منزوع الأيونات وتصفيتها من خلال هتما رقم 40 مرشح صأبر.
    3. تحليل العينات باستخدام المتزامن بالحث البلازما مطياف الانبعاث الذري (ICP-AES) مع المعايير / التحكم التالية (راجع الخطوة 3.5.3.1). تحليل معايير ICP متعددة العناصر وتحقق من الخطأ٪ وارتباط معاملات منحنيات المعايرة. ويتم شراء المعايير في خلطات مخصصة مع العديد من العناصر في كل مستوى. كل عنصر لديه منحنى معايرة 3 نقطة (على سبيل المثال يتم تشغيل الكادميوم في 0، 0.1، 1.0 و 5 جزء في المليون). تحقق منحنيات مع معايير الاختيار المعايرة. إعادة تقويم تقريبا كل 18 عينة.
      1. إضافة معايير داخلية (الإنديوم وسكانديوم) "على خط" مع عينات للتحقق الاستقرار الصك. تحليل العينات مع معايير مراقبة الجودة إضافية بما في ذلك المواد المعتمدة المرجعية (بوش والفروع والأوراق، الأبيض الملفوف والسبانخ)، والفراغات طريقة (إضافة إلى الأحماض أنبوب الهضم فارغ ويعاملهم كما هو موضح في 3.5.2 أعلاه)، التكرارات التحليلية، و التكرارات المجال.
  6. عطارد
    1. ضمان الأجهزة يلبي المعايير المحددة في US EPA أسلوب 7473 ويسمح للقياس المباشر الزئبق
    2. تزن 100 ملغ من الفحم النباتي المجفف في الهواء الأرض (حجم الجسيمات <0.15 مم) في الكوارتز أو النيكل تزن القوارب.
    3. استخدام محلول المخزون ICP-AES من 1،000 ميكروغرام / مل زئبق وحمض الهيدروكلوريك 5٪ في الماء منزوع الأيونات المزدوج (DDI) لجعل مخزون عمل (5 ميكروغرام / مل، 1 ميكروغرام / مل، 0.1 ميكروغرام / مل، 0.01 ميكروغرام / مل) والمعايير المعايرة.
    4. استخدام قارب فارغة تنظيفها كطريقة فارغة. تحليل العينات بدءا من الطريقة فارغة، قليلة QC (20 نانوغرام زئبق - 20 ميكرولتر من 1 ميكروغرام / مل زئبق)، فارغة، وارتفاع QC (200 نانوغرام زئبق - 40 ميكرولتر من 1 ميكروغرام / مل زئبق)، تحدد، لم تحدد، المرجع القياسي مادة (MESS-3)، فارغ، MESS-3، فارغ، 1 نموذج فارغ، نموذج 2، فارغ، نموذج 2 الحزب الاتحادي الديمقراطي، فارغ، نموذج 3، لم تحدد، الخ
    5. ضع القوارب في غرفة الصك حيث العينة سوف تتحلل حراريا في continuتدفق الأوس من الأوكسجين.
      ملاحظة: سيتم بعد ذلك حمل نواتج الاحتراق خارج في تدفق الأكسجين ومن ثم تتحلل بشكل أكبر في سرير محفز الساخن. سيتم محاصرين أبخرة الزئبق في انبوب ملغام الذهب والمستوعبة لاحقا لتحديد الكميات طيفية في 254 نانومتر.

4. اختبار الفئة C: الفحم النباتي تحليل متقدمة والتربة خصائص تعزيز

  1. الأمونيوم كما النيتروجين
    ملاحظة: أسلوب يستفيد من رد فعل ترتيل حيث أملاح الأمونيوم في حل تتفاعل مع فينوكسيد. إضافة هيبوكلوريت الصوديوم يؤدي تشكيل مجمع أخضر اللون. يضاف نتروبروسيد الصوديوم لتكثيف اللون.
    1. تزن 5 غرام من العينة المجففة الهواء الأرض (حجم الجسيمات <0.15 مم) في دورق مخروطي سعة 125 مل. إضافة 50 مل من 2 M (0.01٪ (V / V) بوكل. ضع القوارير على شاكر الدورية لمدة 1 ساعة في 200 دورة في الدقيقة. وبعد الهز كاملة، تصفية العينات من خلال هتما رقم 42 ورقة مرشح في 100 مل ررقارورة أستيك.
    2. إعداد حلول الكاشف:
      1. الفينول القلوية - قياس 87 مل من الفينول المسال إلى 1-L الحجمي شغل 2/3 بالماء DDI. إضافة 34 ز هيدروكسيد الصوديوم، وجعل تصل إلى حجم بالماء DDI.
      2. محلول هيبوكلوريت - باستخدام 100 مل تخرج اسطوانة قياس 31.5 مل من التبييض التجاري (5-10٪) وملء إلى 100 مل بالماء DDI. نقل إلى زجاجة وإضافة 1.0 غرام من حبيبات هيدروكسيد الصوديوم والسماح لهم حل.
      3. حل EDTA - حل 32 غرام من EDTA ثنائي الصوديوم و 0.4 ز هيدروكسيد الصوديوم في 1-L الحجمي شغل 2/3 بالماء DDI. إضافة 0.18 ز نيتروبريسيد وحل عن طريق هز. جعل تصل إلى حجم بالماء DDI وإضافة 3 مل تريتون (10٪).
    3. جعل المعايير معايرة (0.1، 0.2، 0.3، 0.5، 1.0، و 2.0 ميكروغرام / مل تركيز N) باستخدام كاشف الصف NH 4 Cl و المياه DDI. إعداد QC المعيار المرجعي من مصدر الصف كاشف من كلوريد الأمونيوم مختلفة من المصدر التي استخدمت لصنع المعايير.استخدام الماء منزوع الأيونات مزدوج كما الفراغات.
    4. بدء تشغيل المحلل التلقائي. تصميم كل تشغيل للبدء مع مستوى عال (2.0 ميكروغرام / مل N) × 2، معايير معايرة (الأعلى إلى الأقل)، أسلوب فارغة، ارتفاع قياسي، منخفض قياسي (0.1 ميكروغرام / مل N) × 2، مياه الغسيل، المرجع QC عينة × 2، والعينات، عينة مكررة، وارتفاع قياسي.، ومياه الغسيل.
      ملاحظة: سوف يقوم البرنامج المحلل التلقائي حساب تركيزات تلقائيا في استخراج.
    5. حساب تركيز الفحم النباتي = (استخراج تركيز × 50 مل (بوكل)) / 5 ز الفحم النباتي عينة.
  2. بوكل إستخلاص النطرون والنترات التي كتبها المحلل التلقائي
    ملاحظة: في هذه الطريقة تستخدم Griess Ilosvay اللونية رد فعل أيونات النتريت مع سلفانيلاميد في الظروف الحمضية لتشكيل مجمع ديازو. يتفاعل المجمع مع مزيد من N -1-naphthylethylenediamine هيدروكلوريد لتشكيل صبغ أرجواني الآزو. يتم تحويل النترات في العينة إلى النتريت من خلال التعرض لعامل مختزل(في هذه الحالة على النحاس والكادميوم خفض عمود). وهذا يعطي قدرا من تركيز النتريت نترات + في العينة.
    1. تزن 5 غرام من العينة المجففة الهواء الأرض (حجم الجسيمات <0.15 مم) إلى 125 مل دورق مخروطي سعة. إضافة 50 مل من 2 M (0.01٪ (V / V)) بوكل. وضع قوارير على شاكر الدورية لمدة 1 ساعة في 200 دورة في الدقيقة. بعد الهز كاملة، تصفية العينات من خلال هتما رقم 42 ورقة مرشح في قارورة بلاستيكية 100 مل.
    2. السماح الكواشف (كلوريد الأمونيوم واللون الكاشف) لتسخين إلى درجة حرارة الغرفة.
    3. بدوره على مقياس الألوان السماح للمصباح الاحماء. المخزنة داخل محلل السيارات هي خطوط الكاشف المسمى كلوريد الأمونيوم، اللون الكاشف والمياه. بدء تشغيل المضخة وتسمح للماء لتشغيل من خلال النظام، فحص جميع خطوط أنابيب مضخة لوظيفة المناسبة.
    4. مرة واحدة وقد معايرتها النظام، وخطوط مكان في الكواشف منها وتسمح لتشغيل لمدة 5-10 دقيقة. بدوره على مسجل الرسم البياني. انتظر خط الأساس لتحقيق الاستقرار، وتعيين إلى ال 10
    5. إعداد 100 ميكروغرام / مل نترات والنيتريت المعايير المالية QC من كنو 3 و 2 نانو والمياه DDI، على التوالي. لجعل 10 ميكروغرام / مل المتوسطة الموحدة، وإضافة 5 مل من 100 ميكروغرام / مل محلول المخزون إلى الدورق الحجمي 50 مل والماكياج للحجم مع 0.01٪ بوكل. لجعل معايير معايرة الجمع بين 0.01٪ بوكل ومستوى المتوسط ​​10 ميكروغرام / مل أعد في قوارير حجمية 25 مل لجعل معايير المعايرة (0.05، 0.2، 0.5، 1.0، 1.5، 2 ميكروغرام / مل NO NO 3 أو 2). استخدام بوكل لالفراغات الأسلوب.
    6. إعداد التموج باستخدام 5 غرام من الرمل أوتاوا (مادة خاملة) وإضافة 0.05 مل من المناسب 1،000 ميكروغرام / مل مستوى QC لانهاء نتيجة 10 ملغ N / كغ العينة. جعل مجتمعة NO NO 3 + 2 ارتفاع كتبها ارتفاعه عينة واحدة مع 0.025 مل من كل 1،000 ميكروغرام / مل الأسهم القياسية ومراقبة الجودة. إعداد واحد عينة ارتفاع في المدى من قبل ارتفاعه 5.0 غرام من العينة الفحم النباتي غير معروفة مع 0.025 مل من المناسب 1،000 ميكروغرام / مل الأسهم القياسية ومراقبة الجودة.
    7. بدء تشغيل التحليل. تشمل مجموعة كاملة من المعايير المعايرة، وهما عينات مرجعية QC، اثنين على الأقل من الفراغات بوكل، واثنين على الأقل من المعايير النطرون، ومجموعة من المسامير أوتاوا الرمال والفراغات وسبايك عينة في كل شوط.
      قد أعد تشغيل معايير كعلامات بين كل 5 عينات غير معروفة وللتحقق من القيم لإعداد منحنى قياسي: ملاحظة.
    8. كرر 2.0 ميكروغرام معيار / مل في نهاية كل شوط. تشغيل عينات المكررة بمعدل لا يقل عن 10٪. تشغيل النطرون + تحليل نترات أولا، تليها تحليل النطرون.
    9. سجل على المرتفعات الذروة النطرون نترات ورقة عمل لجميع معايير والشيكات QC والعينات. استخدام عدد من وحدات الرسم البياني على النحو قياس الارتفاع. لمعايرة الأجهزة، استخدم ارتفاعات النسبية للمعايير. تأكد من أن قيمة R 2 تقع فوق 0.99، إن لم يكن إعادة تشغيل المعايير.
    10. حساب تركيز العينات باستخدام فورميولاو:
      استخراج تركيز = (ذروة الارتفاع - اعتراض من منحنى المعايرة / المعايرة المنحدر كيرف) س التخفيف
      الفحم النباتي تركيز = (استخراج تركيز × 50 مل (بوكل)) / 5 ز الفحم النباتي عينة
    11. طرح تركيز النتريت المقدرة من نترات بالإضافة إلى نتريت تركيز لحساب نترات.
  3. الفسفور المستخلص (2٪ حمض الفورميك استخراج)
    ملاحظة: البرنامج محلل السيارات بحساب تركيزات تلقائيا. تقارير البرامج معلومات المعايرة، والخير من نوبة من منحنى المعايرة، وتركيزات لجميع العينات، calibrants، والفراغات وعينات QC التي كانت تديرها.
    1. قبل تخزين تحليل العينات في وعاء زجاجي نظيف أو كيس من البلاستيك معقمة. الاحتفاظ بعينات المبردة وتحليل في غضون أسبوعين أو الاحتفاظ تجميدها لمدة تصل إلى عام واحد.
    2. جعل جميع المعايير ومعايير مراقبة الجودة مع نفس السائل استخراج يستخدم للعينات. استخدام مصبات الأنهار الرواسب باعتباره refere القياسيةمواد الامتحانات التنافسية الوطنية وفي كل حمام من عينات تشمل اثنين من الفراغات سيتم استخراج.
    3. باستخدام الحجمي 1-L شغل إلى 750 مل بالماء DDI، إضافة 20 مل (98-99٪) حمض الفورميك وملء للحجم بالماء DDI.
    4. إضافة 1.0 غرام من العينة المجففة الهواء الأرض (حجم الجسيمات <0.15 مم) في دورق مخروطي سعة 125 مل. إضافة 50 مل من 2٪ من محلول حمض الفورميك. وضع قوارير على sonicator لمدة 10 دقيقة، ثم نقل على الدورية شاكر لمدة 1 ساعة في 200 دورة في الدقيقة. بعد الهز، والعينات باستخدام فلتر هتما رقم 42 ورقة مرشح إلى مجموعة أخرى من قوارير مخروطي 125 مل.
    5. إعداد معايير والمسامير:
      1. إعداد 1،000 ميكروغرام / مل QC المالية الموحدة من الفوسفاتية هيدروجين البوتاسيوم والماء DDI. استخدام QC سهم ستاندرد لجعل معايير معايرة (5 ميكروغرام / مل، 1 ميكروغرام / مل، و 0.5 ميكروغرام / مل، 0.2 ميكروغرام / مل، 0.1 ميكروغرام / مل). استخدام 0.100 مل من المعيار QC لجعل سبايك QC. لجعل معيار QC تحقق، إضافة 0.100 مل من QC اسهم ستاندرد إلى المجلد 50 ملقارورة umetric وجعلها تصل إلى حجم مع بوكل.
        ملاحظة: هذا هو 0.2 ميكروغرام / مل تركيز التخفيف.
      2. استخدام مصبات الأنهار الرواسب باعتباره QC المرجعي عينة. استخدام 0.01٪ بوكل كطريقة فارغا.
    6. تحليل على النظام المحلل التلقائي. مجموعة عينات على النحو التمهيدي (ارتفاع قياسي (0.5 ميكروغرام / مل)، Calibrants (5 ميكروغرام / مل، 1 ميكروغرام / مل، و 0.5 ميكروغرام / مل، 0.2 ميكروغرام / مل، 0.1 ميكروغرام / مل)، فارغة، فارغة، وارتفاع قياسي ( 0.5 ميكروغرام / مل)، منخفض قياسي (0.1 ميكروغرام / مل)، منخفض قياسي (0.1 ميكروغرام / مل)، لاغية، QC (المرجع عينة / مصبات الأنهار الرواسب)، QC (المرجع عينة / مصبات الأنهار الرواسب)، أسلوب فارغة، نموذج 1، نموذج 2، نموذج 2 الحزب الاتحادي الديمقراطي، نموذج 3 الخ، ارتفاع قياسي، خالية.
    7. في كل دفعة من عينات أيضا استخراج اثنين من الفراغات: واحد هو معايرة فارغة ويجب ان يكون لوضعها في الرف المعياري للالاوتوماتيكى، والآخر هو طريقة فارغة وكان لها أن توضع في علبة العينة.
  4. محددة المساحة بالمتر المربع
    ملاحظة: s تحليلوقد أجريت الصورة ل-ايميت-الصراف بروناور (BET) مساحة السطح في الكيميائية البيولوجية راديو النووية (CBRN) مختبر حماية في RMC. يستخدم أسلوب N تحليل الامتصاص 2 الغاز في 77 K في نطاق الضغط النسبي 0،01-0،10 بعد التفريغ عند 120 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 2 ساعة. تم تحليل عينة مكررة لكل 6 عينات غير معروفة. عينات ليست الأرض إلى مسحوق شكل قبل التحليل.
    ملاحظة: مرات إفراغ الغاز والضغوط هي محددة لتصنيع أداة وطريقة المقدمة قد صودق سابقا مع ارتفاع في درجة الحرارة الكربون المنشط.
  5. تبادل الأيونات الموجبة القدرات (CEC)
    1. اتبع الطريقة خلات الصوديوم لجنة الانتخابات المركزية وصفها ليرد وفليمنغ (2008) لحساب لجنة الانتخابات المركزية.
      1. تشمل فارغ واحد التحليلي (المياه DDI) والمواد المرجعية القياسية (أوتاوا الرمال) وتكرار لكل 10 العينات.
      2. إعداد تشبع الحل (1 M NaOAc درجة الحموضة 8.2) عن طريق إذابة 136.08 غرام من NaOAC. 3H 2 Oفي 750 مل المقطر والماء منزوع الأيونات. ضبط درجة الحموضة إلى 8.2 بإضافة حمض الخليك أو هيدروكسيد الصوديوم. تمييع إلى 1 L بالماء DDI.
      3. إعداد أول حل الشطف (80٪ الأيزوبروبانول (IPA)) من خلال الجمع بين 800 مل IPA مع 200 مل المقطر والماء منزوع الأيونات. ثم إعداد الحل الشطف الثاني (100٪ IPA).
      4. إعداد الحل استبدال (0.1 M NH 4 الكلورين) عن طريق إذابة 5.35 ز NH 4 الكلورين إلى 1 L المقطر والماء منزوع الأيونات.
      5. تزن 0.2 غرام من عينة (الهواء المجففة، وليس الأرض) في أنبوب الطرد المركزي 30 مل. وفي الوقت نفسه، تزن 0.5 غرام من نفس العينة الهواء المجفف إلى وزن ما قبل التجفيف الألومنيوم عموم. وضع العينة في عموم تجفيف الألمنيوم في الفرن على حرارة 200 درجة مئوية لمدة 2 ساعة، تبريده في مجفف وثم وزن من جديد لتحديد محتوى الماء من العينة المجفف في الهواء. استخدام هذه العينة لحساب معامل التصحيح محتوى الماء، F (الخطوة 4.4.1.10).
      6. إضافة 15 مل من محلول تشبع، دوامة، ثم الطرد المركزي في 3،000x ج لمدة 5 دقائق. صب وبعناية تجاهل طاف لضمان لا يضيع العينة. كرر هذه الخطوة مرتين أخريين.
      7. إضافة 15 مل من محلول الشطف الأول. دوامة والطرد المركزي في 3،000 x ج لمدة 5 دقائق. صب وتجاهل بعناية طاف. كرر هذه الخطوة عدة مرات، في كل مرة قياس التوصيل الكهربائي للمحلول طاف. عندما يسقط التوصيل من طاف أدناه الموصلية من NaOAc مشبعة IPA (~ 6 ميكرو ثانية / سم)، والتحول إلى الحل الشطف الثاني. مواصلة لشطف العينة حتى قطرات الموصلية من طاف أقل من 1 ميكرو ثانية / سم.
      8. السماح للعينة في الهواء الجاف في غطاء الدخان، ثم إضافة 15 مل من محلول استبدال. دوامة والطرد المركزي في 3،000 x ج لمدة 5 دقائق. صب وحفظ طاف في قارورة حجمية 100 مل. كرر هذه الخطوة ثلاث مرات أكثر، في كل مرة إنقاذ طاف في نفس القارورة الحجمية. ثم جعل الحجمي إلى 100 مل مع المقطر، وا منزوع الأيوناتثالثا.
      9. تحليل محتوى الصوديوم عن طريق إضافة بالحث البلازما مطياف الانبعاث الذري (ICP-AES) كما هو موضح سابقا.
      10. أداء الحسابات التالية:
        F = (وزن المجففة، والهواء العينة المجففة الفرن - وزن العينة الهواء المجفف)
        C = تركيز نا (ملغم / لتر) في القارورة الحجمية 100 مل
        W = الوزن (ز) من عينة الهواء الجاف تضاف إلى أنبوب الطرد المركزي
        CEC = (C X 0.435) / (م خ F) (cmol / كغ)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ملخص عن النتائج بما في ذلك بالمقارنة مع المعايير التي وضعتها IBI 13 يمكن العثور عليها في الجدولين 1 (ملخص)، 2 (الجديدة، العليا والدنيا، المواد الخام الثالث والعالية 2 biochars) و 3 (الفحم النباتي قديم). وكانت جميع biochars والمواد الأولية المستخدمة في عامي 2012 و 2013 (الجدول 2) أيضا ضمن المعيار الذي وضعته IBI وكان هناك اختلاف كبير بين biochars. الفحم النباتي القديم (الجدول 3)، والفحم النباتي الأول المقدم للاختبار، وقدم من منصات الشحن المستخدمة والنفايات البناء وعازمة على ديهم مستويات عالية من المعادن الزرنيخ والكروم والنحاس، والرصاص. وكان الفحم النباتي القديم أيضا أدنى مستويات الكربون العضوي (63.2٪) على النحو الذي يحدده خسارة على الاشتعال. وكان لهذا الفحم النباتي أعلى مستويات الفوسفور استخراجها (850 ملغ / كلغ) وCEC (34.8 cmol / كلغ)، وكذلك أعلى نسبة الجسيمات الدقيقة (<0.5 مم، 48٪). كان الفحم النباتي القديم أيضا الفحم النباتي الوحيد لفشل اختبار الإنبات (الشكل 3) وتقرر أن الدوده الحمراء (اللافقاريات التربة) تجنبها بشكل ملحوظ بنسبة 2.8٪ على التعديل الفحم النباتي قديم، في حين أنهم يفضلون التعديل 2.8٪ من الفحم النباتي جديد (الشكل 2).

اختبار الفئة A: بسيطة خصائص الفحم النباتي المساعدة

إنتاج الفحم النباتي عن طريق الانحلال الحراري هو في الأساس الكربنة من الكتلة الحيوية. عملية الكربنة تسمح للتحول من الجزيئات العضوية تنظيما من المواد الخشبية والسليلوز إلى الكربون، أو المخلفات التي تحتوي على الكربون، والتي غالبا ما تكون العطرية في الطبيعة 14-18. يتم الحصول على الكربنة من خلال القضاء على الماء والمواد المتطايرة من المواد الأولية الكتلة الحيوية، ويرجع ذلك إلى العمل من الحرارة أثناء عملية الانحلال الحراري 19. جميع biochars المنتجة في الاحتباس الحراري التجارية تحتوي على نسبة رطوبة منخفضة نسبيا (<5٪) باستثناء قديمالفحم النباتي. يتم تصنيف جميع biochars من قبل IBI كما الفئة (أ) (> 60٪) من حيث تكوينها من الكربون العضوي نتيجة لالكربنة كاملة من المواد اللقيم عن طريق الانحلال الحراري. وهكذا يرجع ذلك إلى نسبة عالية من الكربون العضوي، كل biochars المنتجة لديها نسبة منخفضة من الرماد (<2.5٪)، وهو المكون غير العضوية أو المعدنية من الفحم النباتي (13). ورغم أن هذه biochars الرماد منخفضة لا توفر كميات كبيرة من المواد الغذائية مباشرة إلى التربة كما تفعل الفحم النباتي عالية الرماد الخاصة بهم (غالبا ما تكون مصنوعة من الأسمدة والعظام) نظرائهم. محتوى الكربون من هذه biochars هو أعلى من ذلك بكثير، وبالتالي لديهم أعلى على المدى الطويل قدرات المحافظة على المواد الغذائية 20-22.

الهيدروجين إلى نسبة الكربون (H: C) هو مصطلح غالبا ما تستخدم لقياس درجة الأروماتية ونضوج الفحم النباتي، والتي تم ربطها إلى الاستقرار على المدى الطويل في البيئة 18. لهذا الغرض الكتلة الحيوية التي تحتوي على السليلوز لالثانية اللجنين، وH: نسب C ما يقرب من 1.5. ومع ذلك، من المتوقع أن تنتج biochars مع H الانحلال الحراري لهذه المواد في درجات حرارة أعلى من 400 درجة C: نسب C <0.5. وقد أفيد أن H: نسبة C <0.1 يشير إلى وجود بنية تشبه الجرافيت في الفحم النباتي 23. جميع biochars في هذا التقرير لها H: C نسب أقل من 0.02، مشيرا إلى أن هذه هي biochars العطرية للغاية في طبيعتها، وسوف يكون هناك استقرار على المدى الطويل في البيئة.

حموضة التربة هي مقياس لحموضة التربة، والعديد من أسف التربة الزراعية في كندا والعالم هي الحمضية (درجة الحموضة <7)، وهذا يعني أنها ليست مثالية لنمو المحاصيل. Biochars مع درجة الحموضة القلوية (7>)، مثل تلك التي يتم إنتاجها في الاحتباس الحراري، يمكن أن تضاف إلى التربة الحمضية إلى زيادة حموضة التربة إلى المستويات التي هي أكثر ملاءمة لنمو النبات.

آخر سمة التربة هامة لنمو النبات هو توزيع حجم الجسيمات (PSD). Biochars التي لديها نسبة أعلى من الجسيمات الخشنة قد يزيد بشكل إيجابي تهوية التربة ومنع حركة الفحم النباتي في باطن الأرض على مر الزمن، وبالتالي زيادة طول الوقت الفحم النباتي يقدم فوائد لنمو النبات 24. ومع ذلك، ويفضل أحجام الجسيمات الصغيرة للbiochars التي يتم إنتاجها لأغراض المعالجة بقصد يعب الملوثات وتقليل تواجدها الحيوي، والملوثات هي أكثر قادرة بسهولة الوصول إلى الفضاء المسام للربط 3،25، 26، كما جسيمات أصغر أحجام الزيادات عدد الجسيمات الفحم النباتي لكل وحدة حجم من التربة التي هي مواتية لالامتصاص الملوثات 27. كما هو الحال في دراسة سابقة 3، يتم تعريف الجسيمات الدقيقة مثل تلك <0.25 ملم والجسيمات الخشنة كما> 0.5 مم. وbiochars اسمه التكنولوجيا الجديدة، والمواد الخام الرفيع الثالث لديها نسبة عالية من الجسيمات الخشنة (~ 98٪)، ونسبة منخفضة من الجسيمات الدقيقة (~ 2٪). الحيويةشار المنتجة في انخفاض درجة الحرارة قليلا، وكان 89٪ الخشنة و 11٪ الجسيمات الدقيقة الأحجام. كل هذه biochars قد تقدم تحسينات كبيرة على قوام التربة والتهوية وخاصة في التربة المتدهورة أو نوع من الطين. وكان الفحم النباتي قديم لPSD أن تختلف اختلافا كبيرا عن الآخرين، وكان 52٪ الخشنة والجسيمات الدقيقة 48٪. والفحم النباتي مع هذا PSD قد يكون من الأفضل للاستخدام في المواقع الملوثة، حيث الامتصاص الملوثات هو التركيز الأساسي.

اختبار الفئة B: سمية التقارير

اختبار البيولوجي للالفحم النباتي مهم لتقييم سمية (إن وجدت) من هذه المواد إلى اللافقاريات التربة والنباتات. حتى الآن، هناك الكتابات الموجودة يذكر على الأثر المحتمل لالفحم النباتي على الكائنات الأرضية والاستجابة المرتبطة بها، وغالبا ما يكون الأدب أن لا وجود يعرض نتائج متضاربة. التعرض للملوثات قد تمنع ديدان الأرض القدرة على أداء وظائف التربة الأساسية مثل decomposition، تمعدن المغذيات، وبنية التربة التحسينات 28. أظهر الفحم النباتي الجديد ليس له آثار ضارة على ديدان الأرض الدوده الحمراء وفقا لتقييم تجنب ديدان الأرض، لكن الديدان تجنب بشكل ملحوظ الفحم النباتي قديم (الشكل 2). المقايسات إنبات هي التقنية المستخدمة لتقييم سمية مادة معينة للنباتات. خدم تربة كعنصر تحكم أفضل من ورق الترشيح كما ورقة الترشيح غالبا ما شجع تشكيل العفن. نبتت بذور اليقطين والبرسيم بشكل جيد مع 67٪ ± 12٪ و 81٪ ± 6٪ الإنبات، على التوالي. انتشرت جذور أيضا بشكل جيد مع متوسط ​​أطوال بعد سبعة أيام يجري 14 سم ± 0.6 سم و 55 سم ± 8 سم للالقرع والبرسيم، على التوالي. كما هو الحال مع الدراسات دودة الأرض تجنب أظهر الفحم النباتي قديم سمية للنباتات وأظهر كل biochars أخرى تقييم أي آثار ضارة على إنبات البذور التي تقاس في المئة إنبات وطول الجذر بعد سبعة أيام (الشكل 3

على الرغم من أن بعض أنواع الفحم النباتي لديها القدرة على يعب الملوثات العضوية وتقليل سميتها في البيئة، مطلوب توصيف دقيق للالفحم النباتي للتأكد من أنه لا يحتوي على الملوثات الضارة مثل الحلقات، والكلور، والمعادن نتيجة المواد الأولية الملوثة أو شروط الانحلال الحراري. لم يكن لأي من biochars المنتجة في الاحتباس الحراري تركيزات PAH تتجاوز المبادئ التوجيهية IBI. تم تحديد الفحم النباتي القديم لديهم مستويات مرتفعة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور والزرنيخ والمعادن، الكروم، النحاس، والرصاص، ولكن أيا من biochars تنتج عن غيرها من المواد الكتلة الحيوية الواردين المعادن فوق المبادئ التوجيهية IBI. تم إنتاج الفحم النباتي القديم من منصات الشحن المستخدمة والنفايات البناء التي من المرجح مصدر التلوث بالمعادن. على الرغم من أن الفحم النباتي قديم لا تكون مناسبة للاستخدام في التربة الزراعية أو الحدائق المنزلية، يمكن أن تستخدم جميع biochars أخرى لهذه الأغراض.

اختبار كيتالدموي C: الفحم النباتي تحليل متقدمة والتربة خصائص تعزيز

Biochars التي تحتوي على تركيز عال من الأمونيوم ونترات يمكن تطبيقها على التربة الزراعية لتعويض متطلبات الأسمدة الاصطناعية. ومع ذلك، إذا الفحم النباتي يحتوي على وجود فائض من هذه المركبات النيتروجين ثم تطبيق على نطاق واسع يمكن أن تزيد من الغلاف الجوي N 2 O التركيز وتلوث مصادر مياه الشرب مع النترات. أيا من biochars درس يتضمن كميات مرتفعة من الأمونيوم أو نترات.

الفوسفور يعتبر عنصرا أساسيا لكثير من العمليات الفسيولوجية المتعلقة باستخدام الطاقة السليم في كل من النباتات والحيوانات. سوف Biochars مع كميات معتدلة من الفوسفور المتاح تعمل الأسمدة النباتية من الأهمية. في أونتاريو، وتعتبر التربة التي تحتوي على الفوسفور 15-30 ملغ / كغ منخفضة، 31-60 ملغ / كغ معتدلة، و61-100 ملغ / كغ عالية. كان الفحم النباتي القديم الأعلى في الفوسفور متاحفي 850 ملغ / كغ وربما لا تكون مناسبة لإضافة إلى التربة تصنيفها بالفعل يصل في الفوسفور. ومع ذلك، كان كل biochars أخرى اختبار كمية أقل بكثير من الفوسفور المتاح ولن المتوقع أن يسبب مشاكل عند إضافتها بمعدلات تصل إلى 10٪ (وزن / وزن).

ويشار إلى مكونات الفحم النباتي (باستثناء الرطوبة) التي تم إصدارها أثناء الانحلال الحراري إلى المواد المتطايرة كما. هذه المكونات هي عادة خليط من الهيدروكربونات سلسلة قصيرة وطويلة، والهيدروكربونات العطرية مع كميات ضئيلة من الكبريت. تم تحديد المواد المتطايرة عن طريق التحليل المباشر الذي يحدد أيضا الرطوبة والرماد محتوى biochars (القسم 2.2). محتوى متقلبة يؤثر على الاستقرار في المواد 29، N توافر والنمو 30 محطة. ومن الناحية النظرية، biochars عالية في المواد المتطايرة هي أقل استقرارا ولها نسبة عالية من الكربون عطوب التي توفر الطاقة اللازمة لنمو الجراثيم ويحد من توافر النيتروجين ضروري إلىنمو النبات. دراسة من قبل Deenik وآخرون، (2010) تعتبر المواد المتطايرة 35٪ إلى أن تكون عالية (حمل نقص النيتروجين)، والمواد المتطايرة 10٪ لتكون منخفضة. جميع الفحم النباتي في هذا التقرير يتضمن المواد المتطايرة أقل من 20٪، وبالتالي لن يكون من المتوقع أن تحد من نمو النبات. التقريبي تقرير تحليل المواد المتطايرة هو الأهم بالنسبة biochars مع تركيزات الرماد منخفضة مثل تلك المنتجة في الاحتباس الحراري التجارية.

مساحة محددة (SSA) هي مقياس لالمسامية من الفحم النباتي. ويشمل ليس فقط المنطقة الخارجية سطح الفحم النباتي، ولكن أيضا مساحة السطح داخل الفراغات المسامية وغير سمة هامة تستخدم للتنبؤ قدرة الفحم النباتي لشجرة السورب الملوثات العضوية. ويعزى الامتصاص الملوثات إلى التفاعلات π-π (جذابة، غير التساهمية ملزم) بين حلقة عطرية (ق) من الملوثات وتلك من الفحم النباتي 31. الكربون المنشط (AC) هو حصيرة مثل الفحميريال أن يعامل خلال إنتاجها لتحقيق أقصى قدر من المسامية، وبالتالي لديها اتفاقات الخدمات الخاصة أعلى من معظم biochars. على الرغم من أن كل من biochars الواردة في هذا التقرير لديها اتفاقات الخدمات الخاصة في 300 م 2 / g نطاق (أي أقل بكثير من AC؛ ~ 800 م 2 / ز)، كما ورد في Denyes وآخرون، 2012 و 2013، وbiochars. ، القديم والجديد، على حد سواء إمكانية كبيرة معروضة لتكون بمثابة تعديل التربة لعلاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

قدرة تبادل الأيونات الموجبة (CEC) هو مقياس لعدد من الكاتيونات (الأيونات الموجبة الشحنة) أن الجسيمات التربة قادر على عقد في الرقم الهيدروجيني معين. هي قدرة التربة للاحتفاظ الكاتيونات بسبب التفاعلات كهرباء مع مواقع المشحونة سلبا على سطح الجسيمات، مثل الهيدروكسيل (OH -) والكربوكسيل (COO -). مجموعات 32 و 33 لجنة الانتخابات المركزية من التربة يمكن أن تكون مرتبطة لقدرة التربة للاحتفاظ المواد الغذائية والاحتفاظ الكاتيونات من الأسمدة التي هي ESSENTIA ل لنمو النبات. أيضا، العديد من الملوثات البيئية مثل الرصاص والكادميوم والزنك لها الشحنات الموجبة. لذا التربة مع CEC عالية قد تعمل لمنع تسرب هذه الملوثات إلى مصادر مياه الشرب. تم الإبلاغ عن Biochars لزيادة CEC للتربة، وذلك بسبب أكسدة بطيئة من سطح الفحم النباتي مما يزيد من عدد من المواقع سالبة الشحنة، وبالتالي قد يقلل الاحتياجات من الأسمدة ولشل حركة الملوثات موجبة الشحنة في التربة 32. عادة، والتربة الرملية لديها CEC بين 1-5 cmol / كغ، والتربة الطميية 5-15 cmol / كغ، نوع التربة الطينية> 30 cmol / كغ والعضوية مسألة 200-400 cmol / كجم. أساليب لتحديد لجنة الانتخابات المركزية من الفحم النباتي لا تزال في مهدها، وبالتالي ينبغي النظر فيها من الناحية النسبية. لجنة الانتخابات المركزية من biochars المنتجة في الاحتباس الحراري أعلى من لجنة الانتخابات المركزية من التربة الملوثة PCB (Denyes وآخرون، 2012)، ولكن أقل من السماد تعديل التربة.

الحمار = "jove_content" FO: المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> الشكل (1)
الشكل 1. دودة الأرض عجلة فسخ العقد. ويتم إنتاج عجلات من الصلب ويسمح للديدان للتحرك في جميع أنحاء المقصورات عبر ثقوب متعددة والتي هي حوالي 5 سم في القطر.

الشكل 2
الشكل 2. دودة الأرض تجنب الفحص القديمة وbiochars نوع جديد. وقد أنتجت الفحم النباتي تحت عنوان "قديم" من خلال النفايات البناء، في حين تم إنتاج الفحم النباتي عناوين "جديد" من المواد نشارة الخشب. * يشير إلى اختلاف كبير بين غير المعدلة تربة والتربة بوتينغ تعديل مع 2.8٪ إما الفحم النباتي (P <0.05).

يس "> الشكل (3)
كانت تزرع الشكل 3. نسبة الإنبات اثنين من الأنواع النباتية المختلفة. القرع (القرع ثمرة قرعية النيابة. PEPO) والبرسيم (الحجازي) في ثلاث نسخ في مختلف biochars المنتجة في دفيئة التجارية لمدة سبعة أيام. القديم والجديد تشير إلى biochars مصنوعة من المواد الأولية المختلفة، في حين المنخفضة والعالية تشير إلى درجات حرارة مختلفة من الانحلال الحراري. * يشير بشكل كبير الفرق من الضوابط (تربة ورقة فلتر).

عينة المواد الخام الانحلال الحراري درجة الحرارة المواد العضوية (خطاب النوايا) درجة الحموضة CEC PSD PSD SSA
خشن غرامة
° C ٪ cmol / كغ ٪ ٪ م 2 / ز
قديم 1 > 700 63.2 9.3 34.8 51.7 48.3 373.6
جديد 2 700 97.8 9 16 98.7 1.3 324.6
انخفاض درجة الحرارة 2 500 96.7 8.7 15.9 86.2 13.8 336.9
ارتفاع درجة الحرارة0؛ 2 > 700 97.9 8.4 11.1 98.1 1.9 419.5
المواد الخام الثالثة 3 700 96.2 9.6 13.2 97.6 2.4 244.4
ارتفاع درجة الحرارة-2 3 > 700 97.1 9.1 17.1 97.9 1.9 428
خطاب النوايا: خسارة على الاشتعال، CEC: تبادل الأيونات الموجبة القدرات، PSD: توزيع حجم الجسيمات، SSA: محددة المساحة بالمتر المربع

الجدول 1. نوع المواد الخام، ودرجة الحرارة الانحلال الحراري والخصائص الفيزيائية للستة biochars.

مطلب IBI الفحم النباتي مجموعة المواد الخام وحدة
المعايير نطاق
اختبار الفئة A: الأساسية الفحم النباتي خصائص المساعدة - مطلوب للجميع Biochars
رطوبة إعلان <0،1-4،3 ٪
الكربون العضوي الفئة 1> 60٪ 96،2-97،8 (خطاب النوايا) ٪
الفئة 2> 30٪ 92،44-97،93 (برو / ULT)
الطبقة 3> 10 <30٪
H: C ORG 0.7 كحد أقصى 0.01-0.02 نسبة
إجمالي الرماد إعلان 1،38-2،26 ٪
مجموع N إعلان 0،28-1،06 ٪
درجة الحموضة إعلان 8،4-9،6 درجة الحموضة
حجم الجسيمات التوزيع إعلان 86-98 ٪ الخشنة
1،3 حتي 14 ٪
غرامة
اختبار الفئة B: سمية Reporting- المطلوبة لجميع المواد الأولية
إنبات نجاح / فشل ممر
دودة الأرض تجنب إعلان لا التجنب
الهيدروكربونات العطرية المتعددة (الحلقات) 6-20 <2.0 مغ / كغ
ثنائي الفينيل متعدد الكلور (الكلور) 0.2-0.5 <0.1 مغ / كغ
زرنيخ 12-100 <1.0 <1.0 مغ / كغ
الكادميوم 1،4 حتي 39 <1.0 <1.0 مغ / كغ
الكروم 64-1،200 <2.0 <2،0-2،6 مغ / كغ
الكوبالت 40-150 <1.0 <1.0 مغ / كغ
نحاس 63-1،500 3،6-6،5 <2،0-5،9 مغ / كغ
الرصاص 70-500 <2،0-2،7 <2،0-8،1 مغ / كغ
عطارد 1،000-17،000 <5،0-294 نانوغرام / غرام
الموليبدينوم 5-20 <2.0 <2.0 مغ / كغ
عنصر السيلينيوم 1-36 <10 <10 مغ / كغ
زنك 200-7،000 5،6-56،2 7،8-30،5 مغ / كغ
الكلور إعلان مغ / كغ
صوديوم إعلان 137-878 <75-770 مغ / كغ
اختبار الفئة C: الفحم النباتي تحليل متقدمة والتربة تعزيز Properties- اختياري للجميع Biochars
المعدنية N (الأمونيوم ونترات) إعلان <0،2-6،1 مغ / كغ
إجمالي الفوسفور إعلان 69،5-276 52،5 حتي 74 مغ / كغ
متاح الفوسفور إعلان 9-80 مغ / كغ
المواد المتطايرة إعلان 12،47-19،09 ٪
محددة المساحة بالمتر المربع إعلان 244-428 م 2 / ز
الموجبة مريض بالحبhange القدرات إعلان 11،1-17،1 cmol / كغ

الجدول 2. معايير ملخص والخصائص للالجديدة، العليا والدنيا، والثالث عالية 2-Biochars والمواد الأولية. ويتم إنتاج جميع biochars المدرجة في هذا الجدول من المواد الأولية مماثلة في منشأة الانحلال الحراري نفسه.

مطلب IBI مجموعة الفحم النباتي مجموعة المواد الخام وحدة
المعايير
اختبار الفئة A- الأساسية الفحم النباتي خصائص المساعدة - مطلوب للجميع Biochars
رطوبة إعلان 20 ٪
الكربون العضوي الفئة 1> 60٪ 63.2 (خطاب النوايا) ٪
الفئة 2> 30٪
الطبقة 3> 10 <30٪
H: C ORG 0.7 كحد أقصى نسبة
إجمالي الرماد إعلان ٪
مجموع N إعلان ٪
درجة الحموضة إعلان 9.3 درجة الحموضة
حجم الجسيمات التوزيع إعلان 52 ٪ الخشنة
48 ٪ الجميلة
اختبار الفئة B: سمية Reporting- المطلوبة لجميع المواد الأولية
إنبات نجاح / فشل فشل
دودة الأرض تجنب إعلان تجنب
الهيدروكربونات العطرية المتعددة (الحلقات) 6-20 مغ / كغ
ثنائي الفينيل متعدد الكلور (الكلور) 0.2-0.5 1.2 مغ / كغ
زرنيخ 12-100 167 <1.0 مغ / كغ
الكادميوم 1،4 حتي 39 <1.0 <1.0 مغ / كغ
الكروم 64-1،200 206 <20 مغ / كغ
الكوبالت 40-150 5.3 <5.0 مغ / كغ
نحاس 63-1،500 558 <5.0 مغ / كغ
الرصاص 70-500 314 <10 مغ / كغ
عطارد 1،000-17،000 <5.0 نانوغرام / غرام
الموليبدينوم 5-20 <2.0 <2.0 مغ / كغ
عنصر السيلينيوم 1-36 <10 <10 مغ / كغ
زنك 200-7،000 498 <15 مغ / كغ
الكلور إعلان مغ / كغ
صوديوم إعلان 6460 <75 مغ / كغ
اختبارالفئة C: الفحم النباتي تحليل متقدمة والتربة تعزيز Properties- اختياري للجميع Biochars
المعدنية N (الأمونيوم ونترات) إعلان 2.6 مغ / كغ
إجمالي الفوسفور إعلان مغ / كغ
متاح الفوسفور إعلان 850 مغ / كغ
المواد المتطايرة إعلان ٪
محددة المساحة بالمتر المربع إعلان 373.6 م 2 / ز
تبادل الأيونات الموجبة القدرات إعلان 34.8 cmol / كغ

الجدول 3. معايير ملخص والخصائص لالفحم النباتي قديم والمواد الخام. قائمة الفحم النباتيتم إنتاج إد في هذا الجدول من النفايات البناء في منشأة الانحلال الحراري نفس biochars المدرجة في الجدول 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وكانت كل من الطرق المذكورة في البروتوكول التحقق بعناية وتستخدم على نطاق واسع للتربة. كما وصف الفحم النباتي لا يزال في مراحله الأولى، وكانت فعالية هذه الأساليب لالركيزة غنية بالكربون غير معروفة إلى حد كبير. وبالتالي، على الرغم من أن هذه الأساليب نفسها ليست جديدة، وتطبيقها على تميز بشكل روتيني الفحم النباتي هو. من حيث السيطرة ضمان الجودة / جودة، لم تكن هناك قضايا بين أي من الطرق فيما يتعلق الفراغات كونها أقل من حدود الكشف أو المبالغ المستردة كونها صحيحة للمواد مرجعية معيارية. وهذا يدل على أن هذه الأساليب هي مناسبة لاستخدامها لتوصيف الفحم النباتي وغيرها من المواد مثل الفحم. وقد استخدمت العديد من الأساليب المختلفة لوصف biochars في الأدبيات 20، 34-41 لكن، وكما الفحم النباتي يصبح مقبولا على نحو متزايد كمادة مضافة التربة، يطلب من الأساليب الروتينية.

وكانت القدرة على تبادل الأيونات الموجبة metho الوحيدد التي نشأت صعوبة. طريقة لحساب لجنة الانتخابات المركزية لعينة يعتمد على وزن العينة وتركيز الصوديوم في أن وزن معين. الفحم النباتي لديها كثافة منخفضة جدا، وبالتالي لا بلتيز في الجزء السفلي من الأنبوب بعد الطرد المركزي، وكذلك التربة. لذلك، عندما الصب والتخلص من طاف في الخطوات 6 و 7 من طريقة (4.4)، فمن المهم أن لا تفقد أي من العينة الفحم النباتي. pipetting لحل من أجهزة الطرد المركزي كان مطلوبا لتجنب أي خسارة العينة.

والأساليب التحليلية الأخرى تتكيف بسهولة من أساليب التربة. في نهاية المطاف والتحليل المباشر تقتصر على الفحم النباتي ومنتجات مماثلة مثل الفحم، وبالتالي لا يتوفر عادة في المختبرات التي تقوم بتحليل التربة بشكل روتيني. آخر طريقة (ASTM D1762) هو متاح، لتحديد الرطوبة، المواد المتطايرة، والرماد في الفحم على وجه التحديد من الخشب. فإن هذا الأسلوب أيضا كانت أيضا مناسبة لANALYS المباشرةهو. عند تحديد خسارة على الاشتعال لفي المئة المادة العضوية والرطوبة في المئة البعض قد يختار لإجراء هذه التحليلات في درجات حرارة أكبر من 420 ° C، خاصة إذا ما أنتجت biochars في السؤال عبر درجات حرارة عالية جدا من الانحلال الحراري. في حالة كانت هذه الدراسة معينة 420 ° C كافية لالرماد تماما عن biochars، وعلى الرغم من عدم نوقشت هذه الحرارة عالية بما فيه الكفاية إلى رماد الكربون حتى تفعيلها.

يمكن العمل مع الكائنات البيولوجية مثل النباتات والديدان غالبا ما تكون صعبة. اختيار الكائنات الدراسة المناسبة له أهمية خاصة. واللافقاريات التربة يستخدم الدوده الحمراء في كثير من الأحيان كنموذج حي الأرضية في التجارب تلوث بسبب هذا النوع قادر على قيد الحياة في تركيزات عالية من الملوثات العضوية، هو بحث جيد جدا، وغير ذي صلة بيئيا في مناطق كثيرة من العالم 2، 28، 42 -46. اللافقاريات التربة تلعبدورا هاما في مصفوفة التربة، لأنها تتحلل المواد العضوية والمغذيات دورة، ونقل المياه. وقد تم اختيار البرسيم الأنواع النباتية "(M. ساتيفا) واليقطين (C. PEPO) لفحوصات الإنبات لأنها تزرع عادة في كندا واستخدمت في العمل مجاني لدينا على معالجة الملوثات 2، 3، 47. الظروف الاحتباس الحراري ل تحتاج البذور النابتة التي يتعين رصدها بعناية لضمان حسن سير العمل في الإضاءة وتجنب التقلبات في درجات الحرارة المتطرفة.

توصيف الفحم النباتي ضروري لتطبيق الناجح كمعلمات قياس سيشير فعالية biochars مختلفة لتطبيقات مختلفة (أي ما إذا كان الفحم النباتي هو المناسب لعزل الملوثات، وتحسين نوعية التربة والمعالجة الملوثات وما إلى ذلك). لأن طرق مفصلة هنا متوفرة على نطاق واسع لتحليل التربة، فهي وسيلة فعالة من حيث التكلفة لcharacterizatأيون من biochars، وينبغي استخدام على نطاق واسع قبل تطبيق على نطاق واسع من الفحم النباتي في هذا المجال.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Biochar Burt's Greenhouses All six biochars were produced at Burt's Greenhouses via BlueFlame Boiler system
NaOAc Fisher Scientific E124-4 Dissolving 136.08 g of NaOAC.3H2O in 750 ml distilled, deionized water (DDI water)
Acetic Acid Fisher Scientific A38-212
Sodium Hydroxide Fisher Scientific SS284-1
Isopropanol Fisher Scientific A416P4 80% IPA: 800 ml IPA with 200 ml DDI water.
NH4Cl Fisher Scientific A649500 Dissolving 5.35 g NH4Cl into 1 L DDI water. 
Alumminum Drying Pan Fisher Scientific 08-732-110
Drying Oven Fisher Scientific 508N0024 200 °C for 2 hr.
Desiccator Fisher Scientific 08-595A
Balance Mettler 1113032410
Saturating Solution Fisher Scientific 06-664-25
Vortex Barnstead/Thermolyne 871000536389   
Centrifuge International Equipment Company 24372808 3,000 x g for 5 min.
Rinsing Solution Fisher Scientific (Ricca Chemistry Company) 06-664-24
Conductivity Meter WESCAN 88298
Replacing Solution Fisher Scientific 06-664-24
ICP-AES Varian EL00053841
ASAP 2000 Surface Area Analyser  Cavlon 885 Degassing at 120 °C for a minimum of 2 hr.
Muffle Furnace Fisher Scientific 806N0024 Heat for 16 hr covering at 420 °C.
pH Meter Fisher Scientific 1230185263
Sieve Fisher Scientific 2288926 4.7 mm sieve being at the top.
Sieve Skaker Meinzer II 0414-02 Shake for 10 min.
Sodium Sulphate VWR EM-SX0761-5
Ottawa Sand Fisher Scientific S23-3
Soxhlet Apparatus Fisher Scientific (Pyrex) 09-557A 4 hr at 4–6 cycles/hr.
DCBP Suprlco Analytical 48318   
Dichloromethane Sigma Aldrich 40042-40855-U
6890 Plus Gas Chromatograph Micro 63 Ni ECD Agilent US00034778
Helium AlphaGaz SPG-NIT1AL50SMART
Nitrogen AlphaGaz SPG-HEL1AL50SMART
Mortor and Pestle Fisher Scientific (CoorsTeh) 12-948G
Nitric Acid Fisher Scientific 351288212
No. 40 Filter Paper Fisher Scientific (Whatman) 09-845A
Quartz/Nickel weigh boats Fisher Scientific 11-474-210
DMA-80 ATS Scientific 5090264
98–99% Formic Acid Sigma Aldrich 33015-1L 1 L volumetric filled to 750 ml with DDI water add 20 ml formic acid and fill to volume with DDI water.
Sonicator Fisher Sientific 15338284
Rotating Shaker New Brunswick Scientific (Innova 2100) 14-278-108 1 hr at 200 rpm.
No. 42 Filter Paper Fisher Scientific (Whatman) 09-855A
WhirlPacks Fisher Scientific R55048
Potassium Dihydrogen Orthophospahte Fisher Scientific 181525
2 M KCl Fisher Scientific P282100
Plastic Vials Fisher Scientific 03-337-20
Ammonium Chloride Fisher Scientific PX05115 Allow to warm up to room temperature
Colour Reagent Fisher Scientific 361028260 Allow to warm up to room temperature
Colorimeter Fisher Scientific 13-642-400 Turn on to let the lamp warm up and run for 5 min.
ASEAL Auto Analyzer 2 SEAL 4723A12068
Liquified Phenol Fisher Scientific MPX05115 Alkaline Phenol: Measure 87 ml of liquefied phenol into 1-L volumetric filled 2/3 with DDI water. Add 34 g NaOH, make up to volume with DDI water.
NaOH Fisher Scientific S318-3
Commercial Bleach Retail Store Hypochlorite Solution: Using 100-ml graduated cylinder measure 31.5 ml of commercial bleach and fill to 100 ml with DDI water.
NaOH Pellets Fisher Scientific S320-1
Disodium EDTA Sigma Aldrich E5124
Sodium Hyprchlorite Fisher Scientific SS290-1
Triton (10%) Fisher Scientific BP151-100
Sodium Nitroprusside Fisher Scientific S350-100
Ammonium Salts Fisher Scientific A637-10
Phenoxide Fisher Scientific AC388611000
Eisenia Fetida The Worm Factory
Spade Retail Store
Bucket Retail Store
Potting Soil Retail Store
Avoidance Wheel Environment Canada Constructed by a modified design from Environment Canada’s Acute Avoidance Test.
Alumminum Foil Fisher Scientific 01-213-100
Petri Dishes Fisher Scientific 08-757-11 8.5 cm in diameter.
Pumpkin Seeds Ontario Seed Company (OSC) 2055
Alfalpha Seeds Ontario Seed Company (OSC) 6675
Centrifuge Tubes (30 ml) Fisher Scientific  22-038-906
Beakers (50 ml) Fisher Scientific (Pyrex) 02-540G Oven dry at 105 °C.
Beakers (30 ml) Fisher Scientific (Pyrex) 20-540C
Erlenmeyer Flasks (125 ml) Fisher Scientific (Pyrex) S76106C
Volumetric Flask (100 ml) Fisher Scientific (Pyrex) 10-211C
Estuarine Sediment National Insititute of Standards 1546A Standard Reference Material
Bleach Clorox Ultra (5–10% sodium hypochlorite)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lehmann, J. A handful of carbon. Nature. 447, 143-144 (2007).
  2. Denyes, M. J., Langlois, V. S., Rutter, A., Zeeb, B. A. The use of biochar to reduce soil PCB bioavailability to Cucurbita pepo and Eisenia fetida. Sci. Total Environ. 437, 76-82 (2012).
  3. Denyes, M. J., Rutter, A., Zeeb, B. A. In situ application of activated carbon and biochar to PCB-contaminated soil and the effects of mixing regime. Environmental Pollution. 182, 201-208 (2013).
  4. Glaser, B., Lehmann, J., Zech, W. Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal–a review. Biol. Fertility Soils. 35 (4), 219-230 (2002).
  5. Hale, S. E., Hanley, K., Lehmann, J., Zimmerman, A., Cornelissen, G. Effects of chemical, biological, and physical aging as well as soil addition on the sorption of pyrene to activated carbon and biochar. Environ. Sci. Technol. 45 (24), 10445-10453 (2012).
  6. Oleszczuk, P., Hale, S. E., Lehmann, J., Cornelissen, G. Activated carbon and biochar amendments decrease pore-water concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in sewage sludge. Bioresour. Technol. 111, 84-91 (2012).
  7. Ghosh, U., Luthy, R. G., Cornelissen, G., Werner, D., Menzie, C. A. In-situ sorbent amendments: A new direction in contaminated sediment management. Environ. Sci. Technol. 45 (4), 1163-1168 (2011).
  8. International. ASTM D3172-13. Standard Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke. , (2013).
  9. International. D3176-09. Standard Practice for Ultimate Analysis of Coal and Coke. , (2013).
  10. International. D5158-98. Standard Test Method for Determination of Particle Size of Powdered Activated Carbon by Air Jet Sieving. , (2005).
  11. Solaiman, Z. M., Murphy, D. V., Abbott, L. K. Biochars influence seed germination and early growth of seedlings. Plant Soil. 353 (1-2), 273-287 (2012).
  12. Method 8270D Semivolatile Organic Compounds by GC/MS. , (2007).
  13. International Biochar Inititive (IBI). Standardized Product Definition and Product Testing Guidelines for Biochar that is Used in Soil IBI-STD-1.1. , (2013).
  14. Demirbas, A. Biorefineries: Current activities and future developments. Energy Conversion and Management. 50 (11), 2782-2801 (2009).
  15. Bakker, R. Advanced biofuels from lignocellulosic biomass. The Biobased Economy: 'Biofuels, Materials and Chemicals in the Post-oil Era'. , 165 (2012).
  16. Preston, C., Schmidt, M. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).
  17. McBeath, A. V., Smernik, R. J. Variation in the degree of aromatic condensation of chars. Org. Geochem. 40 (12), 1161-1168 (2009).
  18. Schmidt, M. W., Noack, A. G. Black carbon in soils and sediments: analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).
  19. Yaman, S. Pyrolysis of biomass to produce fuels and chemical feedstocks. Energy Conversion and Management. 45, 651-671 (2004).
  20. Brewer, C. E., Schmidt‐Rohr, K., Satrio, J. A., Brown, R. C. Characterization of biochar from fast pyrolysis and gasification systems. Environmental Progress & Sustainable Energy. 28 (3), 386-396 (2009).
  21. Cantrell, K. B., Hunt, P. G., Uchimiya, M., Novak, J. M., Ro, K. S. Impact of pyrolysis temperature and manure source on physicochemical characteristics of biochar. Bioresour. Technol. 107 (0), 419-428 (2012).
  22. Enders, A., Hanley, K., Whitman, T., Joseph, S., Lehmann, J. Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronomic performance. Bioresour. Technol. 114 (0), 644-653 (2012).
  23. Krull, E., Baldock, J. A., Skjemstad, J. O., Smernik, R. J. Characteristics of Biochar: Organo-chemical Properties. Lehmann, J., Joseph, S. , earthscan. London. 53-65 (2009).
  24. Atkinson, C., Fitzgerald, J., Hipps, N. Potential mechanisms for achieving agricultural benefits from biochar application to temperate soils: a review. Plant Soil. 337 (1), 1-18 (2010).
  25. Sun, X., Werner, D., Ghosh, U. Modeling PCB Mass Transfer and Bioaccumulation in a Freshwater Oligochaete Before and After Amendment of Sediment with Activated Carbon. Environ. Sci. Technol. 43 (4), 1115-1121 (2009).
  26. Sun, X., Ghosh, U. PCB bioavailability control in Lumbriculus variegatus through different modes of activated carbon addition to sediments. Environ. Sci. Technol. 41 (13), 4774-4780 (2007).
  27. Hale, S. E., Werner, D. Modeling the Mass Transfer of Hydrophobic Organic Pollutants in Briefly and Continuously Mixed Sediment after Amendment with Activated Carbon. Environ. Sci. Technol. 44 (9), 3381-3387 (2010).
  28. Li, D., Hockaday, W. C., Masiello, C. A., Alvarez, P. J. J. Earthworm avoidance of biochar can be mitigated by wetting. Soil Biol. Biochem. 43 (8), 1732-1740 (2011).
  29. Zimmerman, A. R. Abiotic and microbial oxidation of laboratory-produced black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1295-1301 (2010).
  30. Deenik, J. L., McClellan, T., Uehara, G., Antal, M. J., Campbell, S. Charcoal volatile matter content influences plant growth and soil nitrogen transformations. Soil Sci. Soc. Am. J. 74 (4), 1259-1270 (2010).
  31. Sander, M., Pignatello, J. J. Characterization of charcoal adsorption sites for aromatic compounds: insights drawn from single-solute and bi-solute competitive experiments. Environ. Sci. Technol. 39 (6), 1606-1615 (2005).
  32. Liang, B., et al. Black carbon increases cation exchange capacity in soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 70, 1719-1730 (2006).
  33. Chan, K., Van Zwieten, L., Meszaros, I., Downie, A., Joseph, S. Agronomic values of greenwaste biochar as a soil amendment. Soil Research. 45, 629-634 (2007).
  34. Enders, A., Hanley, K., Whitman, T., Joseph, S., Lehmann, J. Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronomic performance. Bioresour. Technol. 114, 644-653 (2012).
  35. Lee, J. W., et al. Characterization of biochars produced from cornstovers for soil amendment. Environ. Sci. Technol. 44 (20), 7970-7974 (2010).
  36. Novak, J. M., et al. Characterization of designer biochar produced at different temperatures and their effects on a loamy sand. Annals of Environmental Science. 3 (1), 195-206 (2009).
  37. Mohan, D., Sarswat, A., Ok, Y. S., Pittman, C. U. Jr Organic and inorganic contaminants removal from water with biochar, a renewable, low cost and sustainable adsorbent–A critical review. Bioresour. Technol. , In Press. (2014).
  38. Peterson, S. C., Appell, M., Jackson, M. A., Boateng, A. A. Comparing Corn Stover and Switchgrass Biochar: Characterization and Sorption Properties. Journal of Agricultural Science. 5 (1), 1-8 (2013).
  39. Kloss, S., et al. Characterization of Slow Pyrolysis Biochars: Effects of Feedstocks and Pyrolysis Temperature on Biochar Properties. J. Environ. Qual. 41 (4), 990-1000 (2012).
  40. Wu, W., et al. Chemical characterization of rice straw-derived biochar for soil amendment. Biomass Bioenergy. 47, 268-276 (2012).
  41. Brewer, C. E., Unger, R., Schmidt-Rohr, K., Brown, R. C. Criteria to Select Biochars for Field Studies based on Biochar Chemical Properties. BioEnergy Res. 4 (4), 312-323 (2012).
  42. Gomez-Eyles, J. L., Sizmur, T., Collins, C. D., Hodson, M. E. Effects of biochar and the earthworm Eisenia fetida on the bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons and potentially toxic elements. Environmental Pollution. 159 (2), 616 (2011).
  43. Paul, P., Ghosh, U. Influence of activated carbon amendment on the accumulation and elimination of PCBs in the earthworm Eisenia fetida. Environmental Pollution. 159 (12), 3763 (2011).
  44. Environment Canada (EC) Biological Test Method: Tests for Toxicity of Contaminated Soil to Earthworms ('andrei', 'Eisenia fetida', or 'Lumbricus terrestris) EPS1/RM/43. , (2007).
  45. Zhang, B. G., Li, G. T., Shen, T. S., Wang, J. K., Sun, Z. Changes in microbial biomass C, N, and P and enzyme activities in soil incubated with the earthworm Metaphire guillelmi or Eisenia fetida. Soil Biol. Biochem. 32 (1), 2055-2062 (2000).
  46. Belfroid, A., vanden Berg, M., Seinen, W., Hermens, J., Uptake van Gestel, K. bioavailability and elimination of hydrophobic compounds in earthworms (Eisenia andrei) in field-contaminated soil. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 14 (4), 605-612 (1995).
  47. Denyes, M. J., Button, M., BA, Z. eeb, Rutter, A., Weber, K. P. In situ remediation of PCB-contaminated soil via phytoextraction and activated carbon/biochar amendments- soil microbial responses. Journal of Hazardous Materialssubmitted. , (2014).

Tags

العلوم البيئية، العدد 93، الفحم النباتي، وتوصيف، وامتصاص الكربون والمعالجة، مبادرة الفحم النباتي الدولي (IBI)، تعديل التربة
الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية توصيف ستة Biochars إنتاج لمعالجة المواقع الملوثة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Denyes, M. J., Parisien, M. A.,… More

Denyes, M. J., Parisien, M. A., Rutter, A., Zeeb, B. A. Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites. J. Vis. Exp. (93), e52183, doi:10.3791/52183 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter