Summary
Le biochar est un matériau riche en carbone utilisé comme amendement de sol avec la possibilité de séquestrer le carbone durable, améliorer la qualité du substrat et contaminants sorbiers. Ce protocole décrit les 17 méthodes d'analyse utilisées pour la caractérisation du biochar, qui est nécessaire avant la mise en œuvre à grande échelle de ces modifications dans l'environnement.
Abstract
Les propriétés physiques et chimiques du biochar varient en fonction des sources de matières premières et des conditions de production, ce qui permet à l'ingénieur biochars avec des fonctions spécifiques (par exemple la séquestration du carbone, amélioration de la qualité du sol, ou de sorption contaminant). En 2013, l'International Biochar Initiative (IBI) rendue publique leur définition de produit standardisé et produit Directives essai (Version 1.1) qui établissent des normes relatives aux caractéristiques physiques et chimiques pour le biochar. Six biochars fabriqués à partir de matières premières différentes et trois à deux températures ont été analysés pour les caractéristiques liées à leur utilisation comme amendement de sol. Le protocole décrit les analyses des matières premières et biochars et comprend: la capacité d'échange cationique (CEC), surface spécifique (SSA), le carbone organique (CO) et le pourcentage d'humidité, le pH, la distribution de taille des particules, et analyse immédiate et ultime. Également décrites dans le protocole sont les analyses des matières premières et de biochars pour les contaminants y compris les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les biphényles polychlorés (BPC), les métaux et le mercure ainsi que des nutriments (phosphore, nitrites et nitrates et d'ammonium que l'azote). Le protocole comprend également les procédures d'essai biologiques, l'évitement des vers de terre et des essais de germination. Basé sur le contrôle et d'assurance de la qualité / la qualité (AQ / CQ) des résultats de flans, de duplicatas, les normes et documents de référence, toutes les méthodes ont été déterminés suffisante pour une utilisation avec des matériaux de biochar et des matières premières. Tous biochars et des matières premières étaient bien dans le critère fixé par l'IBI et il y avait peu de différences entre biochars, sauf dans le cas du biochar produit à partir de déchets de construction. Ce biochar (dénommée Old biochar) était déterminé à avoir des niveaux élevés d'arsenic, le chrome, le cuivre et le plomb, et n'a pas les vers de terre évitement et de germination des essais. Basé sur ces résultats, Old biochar ne serait pas approprié pour une utilisation comme amendement de sol pour s de carboneequestration, améliorations ou de l'assainissement de la qualité de substrat.
Introduction
Biochar est un sous-produit riche en carbone produit lors de la pyrolyse de la matière organique 1. Intérêt, à la fois publiquement et académique, en ajoutant biochar sur les sols, découle de sa capacité à améliorer la qualité du sol et la croissance des plantes 2, 3, séquestrer durablement carbone 4 et sorb contaminants nocifs 2, 3, 5-7 tout en offrant simultanément des solutions de rechange pour les déchets la gestion et la production d'énergie par pyrolyse.
Biochars sont produites par de nombreuses entreprises et organisations dans le monde entier par l'intermédiaire de systèmes de pyrolyse différents. Les matériaux utilisés pour la production de biochar comprennent (mais ne sont pas limités à) des copeaux de bois, déjections animales et des déchets de construction 1. Ces écarts sont censés se modifier les propriétés physiques et chimiques des biochars et donc leur capacité à améliorer substrats, promouvoir la stabilité à long terme et accroître les capacités de sorption. En outre, au cours du processus de pyrolyse de la MA de biochary deviennent involontairement contaminés par des métaux, HAP et les BPC à la suite de matières premières contaminées ou des conditions de pyrolyse inappropriées. Par conséquent, avant biochar peut être appliqué sur une grande échelle à l'environnement comme un amendement du sol, la caractérisation minutieuse du biochar pour les contaminants, surface spécifique, la capacité d'échange de cations, l'évitement des vers de terre et la germination et d'autres suggérées par l'International Biochar Initiative (IBI) doit être menée. En 2013, la première définition de produit standardisé et produit Lignes directrices d'essai pour biochar, qui établit des normes relatives aux caractéristiques physiques et chimiques biochar, a été publié et mis à la disposition du public.
La recherche a montré que le biochar produit à une serre commerciale à Odessa, ON, le Canada a la capacité d'améliorer de manière significative la croissance des plantes dans les sols intensément dégradées et sorbiers des polluants organiques persistants (POP) comme les BPC deux, trois. Ce biochar a été produite à partir de troisdifférentes matières premières (c. sources de matière organique) via un système de chaudière où la chaleur produite est utilisée pour chauffer leur fonctionnement à effet de serre pendant les mois d'hiver.
Cette étude fournit des données de caractérisation pertinente à la production de biochar dans une chaudière à biomasse, et l'utilisation du biochar comme amendement de sol. L'objectif de cette étude est de caractériser soigneusement les caractéristiques biologiques de six biochars selon les normes fixées par l'IBI dans leur définition normalisée de produit et directeurs d'essais (Version 1.1) (2013) physiques, chimiques et. Ces caractéristiques seront reliés, si possible, à la performance de chaque biochar comme amendements agricoles et leur capacité à adsorber les contaminants.
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Protocol
REMARQUE: Les analyses chimiques ont été effectuées à l'Unité des services analytiques (ASU) à l'École des études environnementales à l'Université Queen (Kingston, ON). L'ASU est accrédité par l'Association canadienne pour l'accréditation des laboratoires (CALA) pour les tests spécifiques énumérées dans la portée d'accréditation. D'autres analyses, y compris les essais en serre, ont été menées au Collège militaire royal du Canada (Kingston, ON) dans le Département de chimie et de génie chimique.
1. Considérations générales
- Pour garantir la qualité et le contrôle de la qualité, analyser un blanc analytique et un double d'analyse, un échantillon double et un matériau de référence standard avec chaque lot d'échantillons (de taille de lot maximum de 10) pour les méthodes dans le protocole.
- Établir des échantillons en double lorsque le sous-échantillonnage de l'échantillon original et passer par la même préparation que les échantillons inconnus. Veiller à ce que les valeurs en double sont à moins de 20% de chaqueautres ou répéter l'analyse. Veiller à ce que les résultats d'analyse des ébauches sont en dessous des limites de détection pour la méthode correspondante. Standard limites matérielles de référence dépendaient de la méthode individuelle, mais de se assurer qu'ils sont généralement dans 15-30% de la valeur attendue.
NOTE: Dans la plupart des méthodes décrites dans le protocole, les détails sont inclus dans l'ordre suggéré de l'analyse de l'échantillon, y compris étalons, des flans, des normes élevées et basses, et des échantillons inconnus. Ce est pour éviter toute contamination croisée entre les échantillons et assurer un niveau élevé d'AQ / CQ.
REMARQUE: Six biochars ont été produites dans une serre commerciale et analysés pour les paramètres biologiques, physiques et chimiques. Les noms de chaque biochar reflètent leurs paramètres de production ou source de matières premières (tableau 1).
2. Test de Catégorie A: Propriétés de base biochar utilitaires
- La teneur en eau et de matières organiques
- Utilisez la perte sur la procédure d'allumage surbordée par Nelson et Sommers (1996).
- Inclure un échantillon double et matériel de référence standard (Sable d'Ottawa) pour tous les 10 échantillons inconnus.
- Étiqueter béchers de 50 ml avec un marqueur résistant à la chaleur, four les sécher à 105 ° C, laissez-les refroidir, puis enregistrent poids.
- Peser 2 g de l'échantillon séché à l'air dans le bécher séché au four. Sécher l'échantillon à 105 ° C pendant 24 heures, puis retirez du four et laisser refroidir.
- Une fois refroidi, peser le bécher et l'échantillon (X = poids de l'échantillon séché - poids de bécher).
- Placer l'échantillon dans le four à moufle et de la chaleur pendant 16 heures couvrant à 420 ° C. Retirer l'échantillon du four et laisser refroidir. Peser le bécher avec l'échantillon de nouveau et noter le poids (Y = poids de l'échantillon réduit en cendres - poids de bécher).
- Effectuer les calculs suivants:
i) Perte au feu = XY
ii)% d'humidité = ((Poids de l'échantillon - X) / Poids de l'échantillon) x 100%
iii) Matt% bioer = (Perte au feu / X) x 100%
- Utilisez la perte sur la procédure d'allumage surbordée par Nelson et Sommers (1996).
- Analyse immédiate et Ultimate
NOTE: Pour analyse immédiate / ultime, quatre échantillons ont été analysés: Bas, Haut, Fuel Standard et High 2. l'analyse des HAP a été réalisée sur Bas, Haut, et Standard carburant. Ils ont été choisis en tant que représentant des biochars produites depuis 2012.- Mener Proximate et Ultimate analyses dans un établissement commercial basé sur les méthodes: ASTM D3172-13 et D3176-09 8, Pratique standard pour la prochaine et ultime 9 Analyse de charbon et du coke, respectivement.
- pH
- Calibrer la sonde de pH quotidienne avant l'utilisation des normes d'étalonnage.
- Ajouter 0,25 g biochar à 25 ml distillée, eau déminéralisée.
- Agiter manuellement pendant 2 min, puis centrifuger pendant 3000 g pendant 5 min.
- Recueillir surnageant dans le tube à essai en verre et mesure pH.
- Distribution granulométrique
- Analyser tous les échantillons dans triplicate par tamisage à sec progressive adaptée de la norme ASTM D5158-98 10 en utilisant sept tamis US standard et pan (4,7, 2,0, 1,0, 0,50, 0,25, 0,15 et 0,0075 mm)
- Noter le poids de chaque tamis vide et empiler les tamis afin de la poêle à 4,7 mm avec le 4,7 mm tamis se trouvant au sommet.
- Placez 60 g de biochar dans le tamis 4,7 mm, placez le couvercle sur le dessus et sécuriser la pile de tamis sur l'agitateur.
- Agiter pendant 10 min et enregistrer le poids de chaque tamis. Signaler les données dans un fichier Excel comme pour cent restants dans chaque tamis.
- Analyser tous les échantillons dans triplicate par tamisage à sec progressive adaptée de la norme ASTM D5158-98 10 en utilisant sept tamis US standard et pan (4,7, 2,0, 1,0, 0,50, 0,25, 0,15 et 0,0075 mm)
3. examen de la catégorie B: Toxique Rapports
- Tests de germination
- Utilisez la méthode de test de germination des graines décrite par Solaiman et al. (2012) 11.
- Utilisez du papier de filtre et de terreau comme contrôles positifs.
- Veiller à ce que les poids respectifs de chaque traitement est de 3 g de biochar, 10 g de terreau, et une pièce de filtepapier r.
NOTE: Ces valeurs sont basées sur le volume dans la boîte de Pétri de telle sorte que chaque plat est ~ 50% de la pleine (en volume). - Dans les boîtes de Pétri (8,5 cm de diamètre), placer cinq Cucurbita pepo spp. Pepo (citrouille) de graines et 50 luzerne (Medicago sativa) graines dans chaque traitement.
- En utilisant une éprouvette graduée ajouter 15 ml d'eau à tous les boîtes de Pétri, puis les couvrir avec leurs couvercles respectifs.
- Placez les boîtes de Pétri pour la germination sous une 14:10 h (jour: nuit) photopériode fluorescent et maintenir la température à 27 ° C (± 6 ºC).
- Après sept jours d'enregistrer le nombre de graines germées. Les résultats du rapport en% germé par boîte de Pétri. Mesurer la longueur des racines de graines germées en utilisant une règle. Rapport longueurs profondes comme une somme pour chaque boîte de Pétri (cm plat / Petri).
- Utilisez la méthode de test de germination des graines décrite par Solaiman et al. (2012) 11.
- Earthworm évitement
- Rangez Ver du fumier dans une matrice de sol sain composé de mousse de tourbe et terreausol et maintenir l'humidité du sol à environ 30%.
- Utiliser la méthode d'évitement vers de terre décrit par Li et al. (2011). Choisissez les vers allant de 0,3 à 0,6 g en taille.
- Pour ce test, utilisez six roues d'évitement (Figure 1) ou une structure similaire à celles décrites dans l'essai d'évitement aiguë d'Environnement Canada (Environnement Canada, 2004).
- Mix biochars séparément à l'aide d'une pelle et un seau avec du terreau à un taux de 2,8% (en poids).
- Remplissez chacun des six compartiments avec 120 g de sol ou du mélange sol / de biochar, avec chaque autre compartiment servant un contrôle sans modification (Figure 1) ce est à dire sol sans biochar. Ajouter 10 vers de terre pour le compartiment du milieu ronde.
- Exposer les vers pendant 48 heures en gardant la roue d'évitement recouverts d'une feuille d'aluminium pour éviter ver évasion. Maintenir des conditions de température pour les roues d'évitement entre 20-25 ° C. Surveiller l'humidité du sol et de maintenir à ~ 30%. Après 48 h supprimer les vers et enregistrer leur emplacement dans la roue d'évitement, ce est à dire se ils sont dans la i) modifiés ou ii) les compartiments non modifiées. Ne pas réutiliser les vers pour les essais futurs.
- Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
- Analyser HAP par extraction par solvant et GC-MS sur la base de l'EPA 8270 12.
- Biphényles polychlorés (PCB) Concentration
- Les échantillons secs (10 g) pendant une nuit à 25 ° C pendant 18 à 24 h, puis les moudre en poudre fine (granulométrie <0,15 mm) avec du sulfate de sodium à 10 g et 10 g de sable Ottawa.
- Inclure une analyse vierge (Ottawa sable), une commande (une quantité connue de la norme PCB) et un échantillon duplicata d'analyse pour tous les 10 échantillons inconnus.
- Placez 2 g d'échantillon dans Soxhlet et ajouter 100 ul décachlorobiphényle (DCBP) comme norme de substitution interne.
- Extraire des échantillons dans un appareil de Soxhlet pendant 4 heures à 46 cycles par heure dans 250 ml de dichlorométhane.
- L'utilisation d'un chromatographe en phase gazeuse équipé d'un micro 63 Ni détecteur à capture d'électrons (CG / μECD), une colonne fusionnée capillaire de silice (30 m, 0,25 mm ID × 0,25 épaisseur um de film) et un logiciel approprié d'analyser des extraits de biochar pour Aroclors totales. Utiliser l'hélium comme gaz porteur à un débit de 1,6 ml / min de débit. Utilisez de l'azote comme gaz d'appoint pour le détecteur à capture d'électrons (ECD). valeurs Signaler comme pg / g de poids sec.
- Analyse des métaux
- Des échantillons d'air sec pour 18 à 24 h et broyer en une poudre fine (granulométrie <0,15 mm) avec un mortier et un pilon.
- Utilisation qualité réactif acides concentrés, à la chaleur 0,5 g de l'échantillon dans 2 ml de 70% (p / p) d'acide nitrique et 6 ml 38% (p / p) d'acide chlorhydrique, jusqu'à ce que le volume est réduit à 1-2 ml. Ensuite, le maquillage de la solution à 25 ml dans une fiole jaugée de distillées, en utilisant de l'eau désionisée, filtrée à travers un filtre Whatman n ° 40 paper.
- Analyser des échantillons en utilisant un plasma à couplage inductif spectromètre d'émission atomique simultanée (ICP-AES) avec les normes / contrôles suivants (voir l'étape 3.5.3.1). Analyser normes ICP multi-éléments et vérifiez% erreur et les coefficients de corrélation des courbes d'étalonnage. Les normes sont achetés dans des mélanges sur mesure avec de nombreux éléments dans chaque norme. Chaque élément a une courbe d'étalonnage à 3 points (par exemple le cadmium est effectuée à 0, 0,1, 1,0 et 5 ppm). Vérifiez courbes avec les normes de vérification de l'étalonnage. Recalibrer environ tous les 18 échantillons.
- Ajouter normes internes (de l'indium et le scandium) «en ligne» avec des échantillons pour vérifier la stabilité de l'instrument. Analyser des échantillons avec les normes de contrôle de qualité supplémentaire y compris les matériaux de référence certifiés (Bush, branches et feuilles; chou blanc et épinards), blancs de méthode (ajouter des acides à un tube de digestion vide et les traiter comme décrit dans 3.5.2 ci-dessus), de duplicatas d'analyse, et réplicats de terrain.
- Mercure
- Vérifiez l'instrumentation répond aux critères énoncés dans la méthode EPA 7473 et permet pour la mesure directe de mercure
- Peser 100 mg de biochar séché à l'air sol (taille des particules <0,15 mm) dans le quartz ou le nickel pèse bateaux.
- Utilisez une solution stock ICP-AES de 1,000 ug / ml Hg et de l'acide chlorhydrique à 5% dans l'eau à double déminéralisée (DDI) de faire des stocks de travail (5 ug / ml, 1 pg / ml, 0,1 pg / ml, 0,01 pg / ml) et étalons.
- Utilisez un bateau vide nettoyé comme un blanc de méthode. Analyser des échantillons à partir d'un blanc de méthode, Low QC (20 ng Hg - 20 pi de 1 pg / ml Hg), Blank, Haute QC (200 ng Hg - 40 pi de 1 pg / ml Hg), vide, vide, norme de référence Matériel (MESS-3), Blank, MESS-3, Blank, échantillon 1, Blank, l'échantillon 2, Blank, échantillon 2 dup, Blank, échantillon 3, Blank, etc.
- Placez les bateaux dans la chambre de l'instrument où l'échantillon sera décomposer thermiquement dans un continuous flux d'oxygène.
REMARQUE: Les produits de combustion sera alors emporté dans le flux d'oxygène et ensuite décomposée dans un lit de catalyseur chaud. vapeurs de mercure seront piégés sur un tube de amalgamateur d'or et par la suite pour la quantification désorbés spectrophotométrique à 254 nm.
4. Testez Catégorie C: Analyse avancée biochar et les propriétés du sol Enhancement
- L'azote d'ammonium en tant que
Remarque: La méthode fait appel à la réaction de Berthelot, dans lequel les sels d'ammonium dans la solution réagissent avec le phénoxyde. L'addition de l'hypochlorite de sodium provoque la formation d'un composé de couleur verte. le nitroprussiate de sodium est ajouté à intensifier la couleur.- Peser 5 g de l'échantillon séché à l'air sol (granulométrie <0,15 mm) dans un ballon Erlenmeyer de 125 ml. Ajouter 50 ml de 2 M (0,01% (V / V) KCl. Mettez les flacons sur un agitateur rotatif pendant 1 heure à 200 tours par minute. Après agitation est terminée, filtrer les échantillons à travers le papier Whatman n ° 42 de filtre dans 100 ml plASTIC flacons.
- Préparer des solutions de réactifs:
- Phénol alcaline - mesure 87 ml de phénol liquéfié dans une L-volumétrique 2/3 rempli avec de l'eau DDI. Ajouter 34 g de NaOH, porter au volume avec de l'eau DDI.
- Solution hypochlorite - en utilisant 100 ml diplômé mesure de cylindre 31,5 ml d'eau de Javel commerciale (5-10%) et de remplir à 100 ml avec de l'eau DDI. Transfert à la bouteille et ajouter 1,0 g de pastilles de NaOH et leur permettre de se dissolvent.
- solution d'EDTA - dissoudre 32 g d'EDTA disodique et NaOH 0,4 g dans un 1-L volumétrique 2/3 rempli avec de l'eau DDI. Ajouter 0,18 g nitroprussiate et dissoudre en secouant. Porter au volume avec de l'eau et ajouter DDI 3 ml Triton (10%).
- Faire normes d'étalonnage (0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 1,0 et 2,0 ug / ml Concentration N) à l'aide de qualité réactif de NH 4 Cl et de l'eau DDI. Préparer QC étalon de référence d'une source de qualité réactif de chlorure d'ammonium différente de la source utilisée pour effectuer les normes.Utilisez de l'eau déminéralisée à double que les blancs.
- Commencez l'exécution de l'auto-analyseur. Concevoir chaque passage à commencer par le niveau élevé (2,0 pg / ml N) x 2, étalons (élevé à bas), blanc de méthode, standard élevé, faible niveau (0,1 pg / ml N) x 2, eau de lavage, QC Référence échantillon x 2, échantillons, double de l'échantillon, et le haut niveau., et lavage à l'eau.
REMARQUE: Le logiciel de autoanalyseur automatiquement calculer les concentrations dans l'extrait. - Calculer la concentration biochar = (extrait concentration x 50 ml (KCl)) / 5 g biochar échantillon.
- KCl extractible nitrites et les nitrates par Autoanalyzer
Remarque: la méthode colorimétrique de Griess Ilosvay utilise la réaction des ions de nitrite de sulfanilamide dans des conditions acides pour former un composé diazoïque. Le composé réagit en outre avec de la N -1-naphtyl dichlorhydrate pour former un colorant azoïque magenta. Nitrate dans l'échantillon est converti en nitrite par l'exposition à un agent réducteur(Dans ce cas un alliage cuivre-cadmium réduire colonne). Ceci donne une mesure de la concentration de nitrite de nitrate + dans l'échantillon.- Peser 5 g de l'échantillon sol séché à l'air (granulométrie <0,15 mm) dans 125 ml Erlenmeyer. Ajouter 50 ml de 2 M (0,01% (V / V)) KCl. Placer les flacons sur un agitateur rotatif pendant 1 heure à 200 tours par minute. Après agitation est terminée, filtrer les échantillons à travers le papier Whatman n ° 42 de filtre dans des flacons en plastique de 100 ml.
- Permettre aux réactifs (chlorure d'ammonium et du réactif de couleur) pour réchauffer à la température ambiante.
- Allumez colorimètre de laisser la lampe se réchauffer. Stockée dans l'analyseur automatique sont des lignes réactif marqué chlorure d'ammonium, le réactif de couleur et de l'eau; démarrer la pompe et laisser couler l'eau à travers le système, vérifier toutes les lignes pompe-tube pour le bon fonctionnement.
- Une fois le système en équilibre, placer les lignes dans les réactifs respectifs et permettent de fonctionner pendant 5 à 10 min. Allumez l'enregistreur graphique. Attendez de base pour stabiliser et fixer au 10 e
- Préparer 100 pg / ml et nitrate de nitrite QC Stock normes de KNO 3 et NaNO 2 et de l'eau DDI, respectivement. Pour faire un 10 pg / ml Intermédiaire Standard, ajouter 5 ml de 100 pg / ml solution mère à 50 ml fiole jaugée et compléter au volume avec 0,01% de KCl. Pour faire étalons combinent 0,01% KCl et la norme intermédiaire 10 pg / ml préparée dans des fioles jaugées de 25 ml pour rendre les normes d'étalonnage (0,05, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2 pg / ml NO 3 ou NO 2). Utilisez KCl pour la méthode blancs.
- Préparer pointes utilisant 5 g de sable Ottawa (matériau inerte) et ajouter 0,05 ml de la QC / ml norme 1000 pg approprié pour un résultat de 10 mg N / kg échantillon final. Faire un combiné NO 3 + NO 2 pic en ensemençant un échantillon unique avec 0,025 ml de chaque 1 000 pg / ml stock standard QC. Préparer une pointe de l'échantillon par série en ensemençant 5,0 g de l'échantillon de biochar inconnu avec 0,025 ml de la appropriée 1,000 pg / ml de stock standard QC.
- Commencez l'analyse en cours d'exécution. Inclure un ensemble complet de normes d'étalonnage, les deux échantillons de référence, QC au moins deux flans de KCl, et au moins deux normes nitrite, un ensemble d'Ottawa Spikes de sable et blancs et un Spike échantillon dans chaque série.
NOTE: Les normes peuvent être recourue marqueurs entre tous les 5 échantillons inconnus et de vérifier les valeurs pour la préparation de la courbe standard. - Répétez la norme / ml 2,0 pg à la fin de chaque cycle. Exécutez des échantillons en double à un taux minimum de 10%. Exécuter nitrite + analyse de nitrate premier, suivis par l'analyse de nitrite.
- Enregistrement sur les hauteurs de pic de nitrite Nitrate Feuille de toutes les normes, des contrôles de qualité et des échantillons. Utilisez le nombre d'unités de tableau que la mesure de la hauteur. Pour étalonner l'instrumentation, utiliser les hauteurs relatives des normes. Assurez-vous que la valeur R 2 est supérieure à 0,99, si ce ne est ré-exécuter les normes.
- Calculer la concentration des échantillons en utilisant la formula:
Extrait Concentration = (Hauteur Peak - intersection de la courbe de calibrage / pente de la courbe) x Dilution
Le biochar Concentration = (Extrait concentration x 50 ml (KCl)) / 5 g biochar échantillon - Soustraire la concentration de nitrite estimée de la concentration des nitrates et nitrites pour calculer le nitrate.
- Phosphore extractible (2% Extraction acide formique)
REMARQUE: Le logiciel de l'analyseur automatique calcule automatiquement concentrations. Les informations de calibrage des rapports de logiciels, qualité de l'ajustement de la courbe d'étalonnage, les concentrations pour tous les échantillons, étalons, des blancs et des échantillons de CQ qui ont été exécutés.- Avant l'analyse des échantillons de magasin dans un récipient en verre propre ou un sac en plastique stérile. Conserver les échantillons réfrigérés et analyser dans les deux semaines ou garder congelé jusqu'à un an.
- Faire toutes les normes et standards QC avec le même fluide d'extraction qui est utilisé pour les échantillons. Utilisez sédiments de l'estuaire comme une norme reference matériau et dans chaque bain d'échantillons comprennent deux flans à extraire.
- L'utilisation d'un 1-L volumétrique rempli à 750 ml avec de l'eau DDI, ajouter 20 ml (98-99%) de l'acide formique et de remplir avec de l'eau au volume DDI.
- Ajouter 1,0 g de l'échantillon séché à l'air sol (granulométrie <0,15 mm) dans un ballon Erlenmeyer de 125 ml. Ajouter 50 ml de solution d'acide formique à 2%. Mettez les flacons sur sonicateur pendant 10 min, puis les transférer sur agitateur rotatif pendant 1 heure à 200 rpm. Après agitation, échantillons de filtres utilisant Whatman n ° 42 papier filtre dans un autre ensemble de 125 ml erlenmeyers.
- Élaborer les Normes et Spikes:
- Préparer un 1000 pg / ml QC Stock standard de dihydrogène orthophosphate de potassium et de l'eau DDI. Utilisez le QC Stock standard de faire les étalons (5 pg / ml, 1 pg / ml, 0,5 pg / ml, 0,2 pg / ml, 0,1 pg / ml). Utilisez 0,100 ml de l'QC standard pour rendre le QC Spike. Pour faire un standard QC Vérifier, ajouter 0,100 ml de l'QC Stock standard à un 50-ml volumetric flacon et de le rendre au volume avec de KCl.
NOTE: Ce est un / ml concentration de dilution de 0,2 ug. - Utilisez sédiments de l'estuaire comme un échantillon de référence QC. Utilisez 0,01% KCl comme méthode vide.
- Préparer un 1000 pg / ml QC Stock standard de dihydrogène orthophosphate de potassium et de l'eau DDI. Utilisez le QC Stock standard de faire les étalons (5 pg / ml, 1 pg / ml, 0,5 pg / ml, 0,2 pg / ml, 0,1 pg / ml). Utilisez 0,100 ml de l'QC standard pour rendre le QC Spike. Pour faire un standard QC Vérifier, ajouter 0,100 ml de l'QC Stock standard à un 50-ml volumetric flacon et de le rendre au volume avec de KCl.
- Analyser sur le système de auto-analyseur. Set échantillons comme Primer (High Standard (0,5 pg / ml), étalons (5 pg / ml, 1 pg / ml, 0,5 pg / ml, 0,2 pg / ml, 0,1 pg / ml), Blank, Null, High Standard ( 0,5 ug / ml), faible niveau (0,1 pg / ml), faible niveau (0,1 pg / ml), Null, QC (échantillon de référence / sédiments de l'estuaire), QC (échantillon de référence / sédiments de l'estuaire), blanc de méthode, l'échantillon 1, Exemple 2, l'échantillon 2 Dup, échantillon 3, etc., standard élevé, Null.
- Dans chaque série de tests extraire également deux flans: l'un est un étalonnage du blanc et il doit être placé dans le rack standard de l'échantillonneur automatique, l'autre est un procédé en blanc et il doit être placé dans le plateau d'échantillon.
- Surface spécifique
REMARQUE: Analysis pour Brunauer-Emmett-Teller (BET) de surface a été menée dans le biologique et chimique Radio nucléaire (CBRN) Protection Lab au CMR. Le procédé utilise du gaz N2 analyse de sorption à 77 K dans une plage de pression relative 0,01 à 0,10 après dégazage à 120 ° C pendant un minimum de 2 heures. Un double de l'échantillon a été analysé pour tous les 6 échantillons inconnus. Les échantillons ne sont pas broyés en poudre avant l'analyse.
REMARQUE: temps de dégazage et pressions sont spécifiques à fabricant de l'instrument et de la méthode prévue a été validé préalablement avec les carbones activés à haute température. - Capacité d'échange cationique (CEC)
- Suivez la méthode à l'acétate de sodium de la CEC décrit par Laird et Fleming (2008) pour calculer la CCE.
- Inclure un blanc analytique (eau DDI), matériel de référence standard (Sable d'Ottawa) et dupliquer pour 10 échantillons.
- Préparer la solution saturer (1 M NaOAc pH 8,2) en dissolvant 136,08 g de NaOAC. 3H 2 Odans 750 ml d'eau distillée, d'eau désionisée. Ajuster le pH à 8,2 par addition d'acide acétique ou de l'hydroxyde de sodium. Diluer à 1 L avec de l'eau DDI.
- Préparer première solution de rinçage (80% d'isopropanol (IPA)) en combinant 800 ml IPA avec 200 ml d'eau distillée, d'eau désionisée. Puis préparer la deuxième solution de rinçage (100% IPA).
- Préparer la solution remplacement (0,1 M NH 4 Cl) en dissolvant 5,35 g de NH 4 Cl dans une L distillée, d'eau désionisée.
- Peser 0,2 g d'échantillon (séché à l'air, et non pas la masse) dans un tube de centrifugeuse de 30 ml. Dans le même temps, peser 0,5 g du même échantillon séché à l'air dans un moule préalablement pesé séchage d'aluminium. Placer l'échantillon dans la cuve de séchage de l'aluminium dans le four à 200 ° C pendant 2 heures, refroidir dans un dessiccateur, puis peser à nouveau pour déterminer la teneur en eau de l'échantillon séché à l'air. Utilisez cet exemple pour calculer la teneur en eau facteur de correction, F (étape 4.4.1.10).
- Ajouter 15 ml de la solution de saturation, vortex, puis centrifuger à 3000xg pendant 5 min. Décanter et jeter le surnageant pour assurer aucun échantillon ne est perdu avec soin. Répétez cette étape deux fois plus.
- Ajouter 15 ml de la première solution de rinçage. Vortex et centrifuger à 3000 g pendant 5 min. Décanter et prenez soin de le surnageant. Répéter cette étape plusieurs fois, à chaque fois la mesure de la conductivité électrique de la solution surnageante. Lorsque la conductivité du surnageant devient inférieure à la conductivité du NaOAc saturé avec de l'IPA (~ 6 S / cm), passer sur la deuxième solution de rinçage. Continuer à rincer l'échantillon jusqu'à ce que la conductivité du surnageant descend en dessous de 1 uS / cm.
- Autoriser l'échantillon sécher à l'air dans une hotte, puis ajouter 15 ml de la solution de remplacement. Vortex et centrifuger à 3000 g pendant 5 min. Décanter et récupérer le surnageant dans une fiole jaugée de 100 ml. Répétez cette étape trois fois de plus, chacun conservant le surnageant dans la même fiole jaugée temps. Ensuite, mettre le volume à 100 ml d'eau distillée, wa déminéraliséeter.
- Analyser la teneur en sodium par couplage inductif spectrométrie d'émission atomique à plasma (ICP-AES) comme décrit précédemment.
- Effectuer les calculs suivants:
F = (poids de séchés, échantillon d'air séchée au four - poids de l'échantillon séché à l'air)
C = concentration de Na (mg / L) dans la fiole jaugée de 100 ml
W = poids (g) de l'échantillon d'air sec ajouté à tube de centrifugeuse
CCE = (C x 0,435) / (W x F) (cmol / kg)
- Suivez la méthode à l'acétate de sodium de la CEC décrit par Laird et Fleming (2008) pour calculer la CCE.
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Representative Results
Un résumé de tous les résultats, y compris une comparaison avec les critères fixés par le IBI 13 peut être trouvé dans les tableaux 1 (résumé), 2 (New, haut, bas, troisième charge et haute-deux biochars) et 3 (Vieux biochar). Tous biochars et matières premières utilisées en 2012 et 2013 (tableau 2) étaient bien dans le critère fixé par l'IBI et il y avait peu de différences entre biochars. Old biochar (tableau 3), le premier biochar soumis à l'essai, a été fabriqué à partir de palettes d'expédition utilisées et de déchets de construction et a été déterminé comme ayant des niveaux élevés de métaux arsenic, le chrome, le cuivre et le plomb. Old biochar avait aussi les plus bas niveaux de carbone organique (63,2%) déterminée par perte au feu. Ce biochar avait les plus hauts niveaux de phosphore extractible (850 mg / kg) et CEC (34,8 cmol / kg), ainsi que le plus haut pourcentage de particules fines (<0,5 mm, 48%). Old biochar était aussi le seul à biocharéchouer au test de germination (figure 3) et il a été déterminé que Eisenia foetida (de invertébrés du sol) évité de manière significative l'amendement Old biochar de 2,8%, alors qu'ils préféraient l'amendement de 2,8% de la Nouvelle biochar (Figure 2).
Test de Catégorie A: Propriétés de base biochar utilitaires
la production de biochar par pyrolyse est essentiellement la carbonisation de la biomasse. Le processus de carbonisation permet à la transformation de molécules structurées organiques de matériaux dérivés du bois et de la cellulose en carbone, ou des résidus contenant du carbone, qui sont souvent de nature aromatique 14-18. La carbonisation est obtenu par l'élimination de l'eau et des substances volatiles de la charge d'alimentation de biomasse, du fait de l'action de la chaleur pendant le processus de pyrolyse 19. Tous les produits à l'biochars serre commerciale contenait un pourcentage d'humidité relativement faible (<5%), à l'exception de la vieillebiochar. Tous biochars sont classés par IBI comme la classe A (> 60%) en termes de composition du carbone organique à la suite de la carbonisation complète du matériau de charge d'alimentation par pyrolyse. Ainsi en raison du pourcentage élevé de carbone organique, tous biochars produites ont un faible pourcentage de cendres (<2,5%), qui est le composant inorganique ou minérale du biochar 13. Bien que ces biochars faible teneur en cendres ne fournissent pas des quantités importantes de nutriments directement au sol comme faire leur biochar de haute cendres (souvent fabriqués à partir des fumiers et des os) homologues; la teneur en carbone de ces biochars est beaucoup plus élevé et ce est pourquoi ils ont à long terme des capacités de rétention des nutriments plus élevés de 20 à 22.
Le rapport hydrogène sur carbone (H: C) est un terme souvent utilisé pour mesurer le degré d'aromaticité et la maturation du biochar, qui a été lié à leur stabilité à long terme dans l'environnement 18. Pour matières premières de biomasse contenant de la cellulose une lignine, les H: ratios C sont environ 1,5. Toutefois, on prévoit que la pyrolyse de ces matériaux à des températures supérieures à 400 ° C pour produire biochars avec H: ratios <0,5 C. Il a été rapporté qu'un rapport H: C <0,1 indique une structure de type graphite dans le biochar 23. Tous biochars dans ce rapport ont H: ratios de moins de 0,02 C, indiquant que ces biochars sont très aromatique dans la nature et auront stabilité à long terme dans l'environnement.
Le pH du sol est une mesure de l'acidité du sol, et, malheureusement, de nombreux sols agricoles au Canada et dans le monde sont acides (pH <7), ce qui signifie qu'ils ne sont pas idéal pour la croissance des cultures. Biochars avec un pH alcalin (7>), tels que ceux qui sont produits à l'effet de serre, peuvent être ajoutés à des sols acides pour augmenter le pH du sol à des niveaux qui sont plus appropriées pour la croissance des plantes.
Une autre caractéristique importante du sol pour la croissance des plantes est la distribution granulométrique (PSD). Biochars qui ont un pourcentage plus élevé de particules grossières peut avantageusement augmenter l'aération du sol et empêcher le mouvement de biochar dans le sous-sol au fil du temps, ce qui augmente la longueur du biochar de temps offre des avantages à la croissance des plantes 24. Cependant, la taille de particules plus petites sont favorisés pour biochars qui sont produites à des fins de remise en état avec l'intention de sorber contaminants et de minimiser leur biodisponibilité, en tant que contaminants sont plus facilement en mesure d'accéder à l'espace des pores pour la liaison 3,25, 26. Aussi particules plus petites tailles augmente le nombre de particules de biochar par unité de volume de sol qui est favorable à la sorption 27 contaminant. Comme dans une étude antérieure 3, les particules fines sont définis comme ceux <0,25 mm et particules grossières, comme> 0,5 mm. Les biochars nommés Neuve, haute et troisième matières premières ont une forte proportion de particules grossières (~ 98%), et une faible proportion de particules fines (~ 2%). La bioChar produit à une température légèrement inférieure, avait 89% et 11% grossières particules fines tailles. Tous ces biochars peut offrir des améliorations substantielles à la texture et l'aération du sol en particulier dans les sols de type dégradées ou d'argile. The Old biochar avait un PSD qui diffère sensiblement des autres, ayant 52% grossier et 48% des particules fines. Un biochar avec ce PSD peut être préférable pour une utilisation sur les sites contaminés, où sorption contaminant est l'objectif principal.
Examen de la catégorie B: Toxique Rapports
Les tests biologiques du biochar est important d'évaluer la toxicité (le cas échéant) de ces matériaux pour les invertébrés et les plantes dans le sol. À ce jour, il ya peu de documentation existante sur l'impact potentiel du biochar sur les organismes terrestres et leur réponse associée, et souvent la littérature qui ne existent présente des résultats contradictoires. L'exposition aux contaminants peut empêcher les vers de terre capacité à exécuter des fonctions essentielles du sol tels que decomposition, minéralisation des éléments nutritifs, et la structure du sol améliorations 28. New biochar montré aucun effet néfaste sur le ver de terre Eisenia foetida tel qu'évalué par l'évitement des vers de terre, mais les vers éviter significativement Old biochar (Figure 2). essais de germination sont une technique utilisée pour évaluer la toxicité d'un matériau particulier pour les plantes. Terreau a servi comme un meilleur contrôle que le papier filtre papier filtre formation de moisissures souvent encouragé. Citrouille et de graines germées de luzerne bien avec 67% ± 12% et 81% ± 6% de germination, respectivement. Roots également bien proliféré avec des longueurs moyennes après sept jours étant 14 cm ± 0,6 cm et 55 cm ± 8 cm pour les citrouilles et la luzerne, respectivement. Comme avec les études d'évitement vers de terre Vieux biochar montré toxicité pour les plantes et tous les autres biochars évalués n'a montré aucun effet préjudiciable à la germination des graines pour cent tel que mesuré par la germination et la longueur des racines après sept jours (figure 3
Bien que certains types de biochar ont le potentiel de sorption des contaminants organiques et de réduire leur toxicité dans l'environnement, la caractérisation minutieuse du biochar est nécessaire pour se assurer qu'il ne contient pas de contaminants nocifs comme les HAP, PCB et des métaux en raison de charges contaminés ou des conditions de pyrolyse. Aucun des biochars produites à la serre avaient des concentrations excédant les recommandations HAP ICI. Old biochar a été déterminé à avoir des niveaux élevés de PCB et de l'arsenic, des métaux chrome, le cuivre, et le plomb, mais aucun des biochars produites à partir des deux autres matériaux de la biomasse contenue métaux ci-dessus directives ICI. Old biochar a été produit à partir de palettes d'expédition usées et des déchets de construction qui est probablement la source de la contamination métallique. Bien Old biochar ne serait pas approprié pour une utilisation dans les sols agricoles ou jardins familiaux, toutes les autres biochars pourraient être utilisés à ces fins.
Essai Categore C: Analyse avancée biochar et les propriétés du sol Enhancement
Biochars contenant une forte concentration de nitrate d'ammonium et peuvent être appliqués sur des sols agricoles pour compenser les conditions d'engrais synthétiques. Toutefois, si le biochar contient un excès de ces composés azotés ensuite l'application à grande échelle pourrait augmenter le N 2 O concentration atmosphérique et contaminer les sources d'eau potable par les nitrates. Aucun des biochars étudiés contenaient des quantités élevées d'ammonium ou le nitrate.
Le phosphore est un élément essentiel pour de nombreux processus physiologiques liés à la bonne utilisation de l'énergie dans les plantes et les animaux. Biochars avec des quantités modérées de phosphore disponible agiront engrais pour plantes importants. En Ontario, les sols contenant 15 à 30 mg / kg de phosphore sont considérés comme faibles, 31-60 mg / kg modérée, et de 61 à 100 mg / kg élevé. Old biochar était la plus élevée en phosphoreà 850 mg / kg et peut ne pas convenir pour ajouter aux sols déjà classées comme riches en phosphore. Cependant, tous les autres biochars testés avaient une quantité beaucoup plus faible de phosphore disponible et ne seraient pas censés causer des problèmes lorsqu'il est ajouté à des taux allant jusqu'à 10% (p / p).
Les composants de biochar (sauf l'humidité) qui sont libérés lors de la pyrolyse sont appelés à la matière aussi volatile. Ces composants sont typiquement un mélange d'hydrocarbures à chaîne courte et longue, des hydrocarbures aromatiques avec des quantités mineures de soufre. Matière volatile a été déterminée par analyse immédiate qui détermine également l'humidité et la teneur en cendres des biochars (section 2.2). La teneur en matières volatiles affecte la stabilité du matériau 29, N disponibilité et une croissance de 30 plantes. En théorie, biochars élevé en matières volatiles sont moins stables et ont une plus grande proportion de carbone labile qui fournit l'énergie pour la croissance microbienne et limite la disponibilité de l'azote nécessaire pourla croissance des plantes. Une étude menée par Deenik et al., (2010) a examiné 35% de matières volatiles pour être élevé (induisant une carence en azote), et 10% de matières volatiles d'être faible. Tous biochar dans ce rapport contenait moins de 20% de matières volatiles, et serait donc pas se attendre à limiter la croissance des plantes. Proximate détermination d'analyse de la matière volatile est le plus important pour biochars avec des concentrations de cendres faibles tels que ceux produits à la serre commerciale.
Aire de surface spécifique (SSA) est une mesure de la porosité d'une biochar. Elle comprend non seulement la superficie externe de la surface de biochar, mais aussi l'aire de surface dans les espaces de pores et est une caractéristique importante utilisée pour prédire la capacité d'un biochar pour sorber les contaminants organiques. Sorption contaminant a été attribuée à des interactions π-π (liaison attractive, non covalente) entre le cycle aromatique (s) du contaminant et ceux du biochar 31. Le charbon actif (AC) est un tapis de charbon de bois commeerial qui est traitée lors de sa production afin de maximiser sa porosité et donc a SSA élevées que la plupart biochars. Bien que tous les des biochars présentées dans ce rapport ont SSA dans la gamme de 300 m 2 / g (ce est à dire beaucoup moins que celle de AC; ~ 800 m 2 / g), comme indiqué dans Denyes et al, 2012 et 2013, les biochars. , anciens et nouveaux, ont tous les deux montré un potentiel important pour servir comme un amendement du sol pour l'assainissement des BPC.
capacité d'échange cationique (CEC) est une mesure du nombre de cations (ions chargés positivement) qu'une particule de sol est capable de maintenir à un pH donné. La capacité du sol à retenir cations est due à des interactions électrostatiques avec les sites chargés négativement sur la surface d'une particule, tels que des groupements hydroxyle (OH -) et carboxyle (COO -). Les groupes 32, 33 La CEC du sol peut être lié à la capacité du sol à retenir les éléments nutritifs et de conserver cations des engrais qui sont Essential pour la croissance des plantes. Aussi, de nombreux contaminants environnementaux tels que le plomb, le cadmium et le zinc ont des charges positives; donc les sols avec une forte CEC peuvent fonctionner pour empêcher le lessivage de ces contaminants dans les sources d'eau potable. Biochars ont été signalés à augmenter la CEC des sols, due à l'oxydation lente de la surface de biochar qui augmente le nombre de sites chargés négativement, et peut donc réduire les besoins en engrais et d'immobiliser les contaminants chargés positivement dans les sols 32. En règle générale, les sols sablonneux ont une CCE entre 1-5 cmol / kg, les sols limoneux 5-15 cmol / kg, les sols de type argile> 30 cmol / kg et de matières organiques 200-400 cmol / kg. Les méthodes pour déterminer la CEC de biochar sont encore à leurs balbutiements et doivent donc être considérés comme en termes relatifs. La CCE des biochars produits à l'effet de serre sont plus élevés que la CEC des sols contaminés aux BPC inférieure à compost modifiée sols (Denyes et al., 2012), mais.
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Figure 1. Ver roue d'évitement. Les roues sont fabriquées à partir d'acier et les vers sont autorisés à se déplacer dans l'ensemble des compartiments par l'intermédiaire de multiples trous qui sont à peu près 5 cm de diamètre.
Figure 2. Earthworm éviter dosage des Ancien et le Nouveau biochars de type. Le biochar intitulé «Vieux» a été produit par les déchets de construction, tandis que les titres de biochar «nouveaux» a été produit à partir de matériaux de sciure de bois. * Indique une différence significative entre terreau non amendée et terreau modifié avec 2,8% soit de biochar (p <0,05).
Figure 3. Le pourcentage de germination des deux espèces de plantes différentes. Potiron (Cucurbita pepo spp. Pepo) et la luzerne (Medicago sativa) ont été cultivées en triple dans divers produits à biochars une serre commerciale pendant sept jours. Ancien et du Nouveau réfèrent à biochars fabriqués à partir de différentes matières premières, alors que Low et High réfèrent à différentes températures de pyrolyse. * Indique nettement la différence des contrôles (de terreau et de papier filtre).
| Échantillon | Matières premières | Température pyrolyse | Matière Organique (LDI) | pH | CCE | PSD | PSD | SSA |
| Grossier | Amende | |||||||
| ° C | % | cmol / kg | % | % | m 2 / g | |||
| Vieux | 1 | > 700 | 63,2 | 9.3 | 34,8 | 51,7 | 48,3 | 373,6 |
| Nouveau | 2 | 700 | 97,8 | 9 | 16 | 98,7 | 1.3 | 324,6 |
| Basse température | 2 | 500 | 96,7 | 8,7 | 15,9 | 86,2 | 13,8 | 336,9 |
| High Temp0; | 2 | > 700 | 97,9 | 8.4 | 11,1 | 98,1 | 1,9 | 419,5 |
| Troisième matières premières | 3 | 700 | 96,2 | 9,6 | 13,2 | 97,6 | 2.4 | 244,4 |
| High Temp-2 | 3 | > 700 | 97,1 | 9.1 | 17,1 | 97,9 | 1,9 | 428 |
| LOI: Perte au feu, CEC: capacité d'échange cationique, PSD: Distribution granulométrique, SSA: Surface spécifique | ||||||||
Tableau 1 Type de charge d'alimentation, la température de pyrolyse et les caractéristiques physiques des six biochars.
| Exigence | IBI | Le biochar | Gamme de matières premières | Unité | |
| Critères | Gamme | ||||
| Test de Catégorie A: biochar Propriétés utilitaires de base - obligatoires pour tous biochars | |||||
| Humidité | Déclaration | <0,1 à 4,3 | % | ||
| Carbone Organique | Classe 1> 60% | De 96,2 à 97,8 (LOI) | % | ||
| Classe 2> 30% | 92,44 à 97,93 (Pro / Ult) | ||||
| Classe 3> 10 <30% | |||||
| H: C org | 0,7 max | 0,01-0,02 | Rapport | ||
| Total Ash | Déclaration | 1,38 à 2,26 | % | ||
| Total N | Déclaration | 0,28 à 1,06 | % | ||
| pH | Déclaration | 8.4 à 9.6 | pH | ||
| Distribution granulométrique | Déclaration | 86-98 | % Grossier | ||
| 1.3-14 | % | ||||
| Amende | |||||
| Examen de la catégorie B: Toxique Reporting- requis pour toutes les charges | |||||
| Germination | Pass / Fail | Passe | |||
| Earthworm évitement | Déclaration | Aucune évitement | |||
| Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) | 6-20 | <2.0 | mg / kg | ||
| Biphényles polychlorés (BPC) | 0,2-0,5 | <0,1 | mg / kg | ||
| Arsenic | 12-100 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Cadmium | 1,4 à 39 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Chrome | 64-1,200 | <2.0 | <2,0-2,6 | mg / kg | |
| Cobalt | 40-150 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Cuivre | 63-1,500 | 03/06 au 06/05 | <2,0 à 5,9 | mg / kg | |
| Plomb | 70-500 | <2,0-2,7 | <2,0 à 8,1 | mg / kg | |
| Mercure | 1,000-17,000 | <5,0 à 294 | ng / g | ||
| Molybdène | 5-20 | <2.0 | <2.0 | mg / kg | |
| Sélénium | 1-36 | <10 | <10 | mg / kg | |
| Zinc | 200-7,000 | 5,6 à 56,2 | 7,8 à 30,5 | mg / kg | |
| Chlore | Déclaration | mg / kg | |||
| Sodium | Déclaration | 137-878 | <75-770 | mg / kg | |
| Examen de la catégorie C: Analyse avancée biochar et des sols Amélioration Properties facultative pour tous les biochars | |||||
| N minéral (ammonium et de nitrate) | Déclaration | <0,2 à 6,1 | mg / kg | ||
| Phosphore total | Déclaration | 69,5 à 276 | 52,5 à 74 | mg / kg | |
| Disponible phosphore | Déclaration | 9-80 | mg / kg | ||
| Matières volatiles | Déclaration | 12,47 à 19,09 | % | ||
| Surface spécifique | Déclaration | 244-428 | m 2 / g | ||
| Cation Exchangement Capacité | Déclaration | De 11,1 à 17,1 | cmol / kg | ||
Tableau 2. Résumé des critères et caractéristiques pour le Nouveau, Haut, Bas, troisième et High-2 et de matières premières. Biochars Tous biochars énumérées dans ce tableau sont produits à partir de matières premières similaires dans le même établissement de pyrolyse.
| Exigence | IBI | Le biochar Range | Gamme de matières premières | Unité |
| Critères | ||||
| Test de Catégorie A de base biochar Propriétés utilitaires - obligatoires pour tous biochars | ||||
| Humidité | Déclaration 20 | % | ||
| Carbone Organique | Classe 1> 60% | 63,2 (LOI) | % | |
| Classe 2> 30% | ||||
| Classe 3> 10 <30% | ||||
| H: C org | 0,7 max | Rapport | ||
| Total Ash | Déclaration | % | ||
| Total N | Déclaration | % | ||
| pH | Déclaration | 9.3 | pH | |
| Distribution granulométrique | Déclaration | 52 | % Grossier | |
| 48 | Beaux% | |||
| test Catégorie B: Toxique Reporting- requis pour toutes les charges | ||||
| Germination | Pass / Fail | Échouer | ||
| Earthworm évitement | Déclaration | Évité | ||
| Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) | 6-20 | mg / kg | ||
| Biphényles polychlorés (BPC) | 0,2-0,5 | 1.2 | mg / kg | |
| Arsenic | 12-100 | 167 | <1,0 | mg / kg |
| Cadmium | 1,4 à 39 | <1,0 | <1,0 | mg / kg |
| Chrome | 64-1,200 | 206 | <20 | mg / kg |
| Cobalt | 40-150 | 5.3 <5,0 | mg / kg | |
| Cuivre | 63-1,500 | 558 | <5,0 | mg / kg |
| Plomb | 70-500 | 314 | <10 | mg / kg |
| Mercure | 1,000-17,000 | <5,0 | ng / g | |
| Molybdène | 5-20 | <2.0 | <2.0 | mg / kg |
| Sélénium | 1-36 | <10 | <10 | mg / kg |
| Zinc | 200-7,000 | 498 | <15 | mg / kg |
| Chlore | Déclaration | mg / kg | ||
| Sodium | Déclaration | 6460 | <75 | mg / kg |
| TestCatégorie C: Analyse avancée biochar et des sols Amélioration Properties facultative pour tous les biochars | ||||
| N minéral (ammonium et de nitrate) | Déclaration | 2.6 | mg / kg | |
| Phosphore total | Déclaration | mg / kg | ||
| Disponible phosphore | Déclaration | 850 | mg / kg | |
| Matières volatiles | Déclaration | % | ||
| Surface spécifique | Déclaration | 373,6 | m 2 / g | |
| Capacité d'échange cationique | Déclaration | 34,8 | cmol / kg | |
Tableau 3. Résumé critères et les caractéristiques pour Old biochar et des matières premières. La liste de biochared dans ce tableau a été produit à partir de déchets de construction dans le même établissement de pyrolyse que les biochars énumérés dans le tableau 2.
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Discussion
Toutes les méthodes énumérées dans le protocole ont été soigneusement validées et largement utilisé pour les sols. Comme biochar caractérisation est encore à ses balbutiements, l'efficacité de ces méthodes pour le substrat riche en carbone est largement inconnue. Ainsi, bien que ces méthodes elles-mêmes ne sont pas nouvelles, leur application pour caractériser systématiquement biochar est. En termes de contrôle de la qualité / assurance de la qualité, il n'y avait pas de problèmes entre l'une des méthodes par rapport aux blancs étant en dessous des limites de détection ou les recouvrements étant correct pour les matériaux de référence standard. Ceci indique que ces procédés sont appropriés pour être utilisés pour la caractérisation de biochar et d'autres matériaux de charbon de bois en forme. De nombreux procédés différents ont été utilisés pour caractériser biochars dans la littérature 20, 34 à 41 cependant, comme biochar devient de plus en plus reconnu comme un additif pour le sol, des procédés de routine sont nécessaires.
capacité d'échange cationique est le seul méthod dans laquelle difficulté surgit. Procédé de calcul de la CEC d'un échantillon dépend de la masse de l'échantillon et la concentration de sodium en ce que le poids donné. Biochar a une densité très faible et n'a donc pas à granuler le fond du tube après la centrifugation, que le sol ne. Par conséquent, lorsque la décantation et élimination du surnageant dans les étapes 6 et 7 de la méthode (4,4), il est important de ne pas perdre de l'échantillon de biochar. Pipetage la solution de la centrifugeuse a été nécessaire pour éviter toute perte d'échantillon.
Autres méthodes analytiques ont été facilement adaptés à partir de méthodes de sol. Ultimate et analyse immédiate est spécifique à biochar et produits similaires tels que le charbon, et donc ne est pas normalement disponibles dans les laboratoires qui analysent systématiquement les sols. Une autre méthode (ASTM D1762) est disponible, pour la détermination de l'humidité et de matières volatiles et les cendres du charbon de bois à partir de bois spécialement conçu. Cette méthode aurait également également été adapté pour analys prochesest. Lors de la détermination perte au feu pour pour cent de matière organique et pour cent d'humidité certains peuvent choisir d'effectuer ces analyses à des températures supérieures 420 ° C, en particulier si les biochars en question sont produites par des températures très élevées de la pyrolyse. Dans le cas de cette étude en particulier 420 ° C était suffisant pour carboniser tous biochars, et bien que pas discuté de cette température était suffisamment élevée en cendres carbone même activé.
Travailler avec des organismes biologiques telles que les plantes et les vers peut souvent être difficile. Sélection des organismes d'étude appropriés revêt une importance particulière. Le invertébrés du sol Eisenia foetida est fréquemment utilisé comme un modèle organisme terrestre dans des expériences de contamination car cette espèce est capable de survivre à des concentrations élevées de contaminants organiques, est très bien documenté et est écologiquement pertinente dans de nombreuses régions du monde 2, 28, 42 -46. invertébrés du sol jouentun rôle important dans la matrice du sol, car ils dégradent les matières organiques, les nutriments, et de l'eau de transfert. La luzerne (M. sativa) et le potiron des espèces végétales (C. pepo) ont été choisies pour les tests de germination comme ils sont communément cultivés au Canada et ont été utilisés dans notre travail gratuit pour l'assainissement contaminant 2, 3, 47. Conditions à effet de serre pour graines en germination doivent être surveillés attentivement pour assurer le bon fonctionnement de l'éclairage et d'éviter les fluctuations de température extrêmes.
La caractérisation du biochar est essentielle à son application réussie en tant que paramètres mesurés indiquent l'efficacité des différentes biochars pour différentes applications (ce est à dire si un biochar est approprié pour la séquestration contaminant, amélioration de la qualité du sol, contaminant l'assainissement, etc.). Parce que les méthodes décrites ici sont largement disponibles pour l'analyse du sol, ils sont un moyen rentable pour characterization de biochars, et devrait être largement utilisé avant l'application à grande échelle de biochar dans le domaine.
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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) |
References
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