Waiting
Login processing...

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

Environment

פיזי, כימי וביולוגי אפיון Biochars שש הופק עבור התיקון של אתרים מזוהמים

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

Biochar הוא חומר פחמן-עשיר המשמש כתיקון אדמה עם היכולת לעקל בר קיימא פחמן, לשפר את איכות מצע ומזהמים sorb. פרוטוקול זה מתאר את 17 שיטות אנליטיות המשמשות לאפיון של biochar, אשר נדרש לפני יישום בקנה מידה גדול של תיקונים אלה בסביבה.

Abstract

תכונות הפיסיקליות וכימיות של biochar משתנות בהתאם למקורות חומרי גלם ותנאי ייצור, כך שניתן להנדס biochars עם פונקציות ספציפיות (לדוגמא קיבוע פחמן, שיפורי איכות קרקע, או ספיחת מזהמים). בשנת 2013, הבינלאומי biochar Initiative (IBI) עשה בפומבי זמין Definition הסטנדרטיים המוצרים והנחיות מוצרי בדיקה (גרסה 1.1) אשר קבעו סטנדרטים למאפיינים פיזיים וכימיים לbiochar. שש biochars עשוי משלושה חומרי גלם שונים ובשתי טמפרטורות נותחו למאפיינים הקשורים לשימוש בם כתיקון אדמה. הפרוטוקול מתאר ניתוחים של חומרי גלם וbiochars וכולל: יכולת החלפת קטיון (CEC), שטח ספציפי (SSA), פחמן אורגני (OC) ואחוז לחות, pH, התפלגות גודל חלקיקים, וניתוח קרוב ואולטימטיבי. כמו כן מתוארים בפרוטוקול הם הניתוחים של חומרי גלם וbiocharים למזהמים כוללים פחמימנים ארומטיים polycyclic (PAHs), biphenyls polychlorinated (PCB), מתכות וכספית, כמו גם חומרים מזינים (זרחן, ניטריט וניטראט ואמוניום כחנקן). הפרוטוקול כולל גם את נהלי בדיקות הביולוגיים, הימנעות תולעת ומבחני נביטה. בהתבסס על שליטת אבטחת איכות / איכות (QA / QC) תוצאות של כדורי סרק, כפילויות, סטנדרטים וחומר עזר, כל השיטות נקבעו מתאימות לשימוש עם חומרי biochar וחומרי גלם. כל biochars וחומרי הגלם היו גם בתוך הקריטריון שנקבע על ידי אי.בי.אי והיו הבדלים קטנים בין biochars, למעט במקרה של biochar מיוצר מחומרי פסולת הבניין. biochar זה (המכונה ישן biochar) היה נחוש בדעתו יש רמות גבוהות של ארסן, כרומיום, נחושת, ועופרת, ונכשל מבחני הימנעות ונביטת התולעת. בהתבסס על תוצאות אלו, biochar הישן לא יהיה מתאים לשימוש כתיקון אדמה לפחמן שלequestration, שיפורי איכות מצע או תיקון.

Introduction

Biochar הוא תוצר לוואי פחמן-עשיר שהופק במהלך פירוליזה של חומר אורגני 1. ריבית, שניהם בפומבי ואקדמית, בהוספת biochar לקרקעות, נובע מיכולתה לשפר את איכות קרקע וצמח צמיחה 2, 3, בר קיימא הטמנת פחמן 4, וsorb מזהמים מזיקים 2, 3, 5-7 תוך חלופות בו זמנית מציעות לפסולת ייצור ניהול ואנרגיה על ידי פירוליזה.

Biochars שיופקו על ידי מספר רב של חברות וארגונים ברחבי העולם באמצעות מערכות פירוליזה שונות. חומרים המשמשים לייצור biochar כוללים (אך לא רק) נסורת, דשן אורגני ופסולת בניית 1. הבדלים אלה צפויים לשנות תכונות פיסיקליות וכימיות של biochars ובכך היכולת שלהם כדי לשפר את מצעים, לקדם את היציבות לטווח ארוך ולהגדיל את יכולות ספיחה. בנוסף, במהלך תהליך פירוליזה ma biochary להזדהם שלא במתכוון עם מתכות, PAHs וPCBs כתוצאה מחומרי גלם מזוהם או תנאי פירוליזה בלתי הולמים. לכן, לפני biochar יכול להיות מיושם בקנה מידה גדול לסביבה כתיקון אדמה, אפיון מדוקדק של biochar למזהמים, שטח ספציפי, יכולת החלפת קטיון, הימנעות תולעת ונביטה ואחרים שהוצעו על ידי הבינלאומי biochar Initiative (IBI) חייב להתנהל. בשנת 2013, ההגדרה הראשונה הסטנדרטית מוצרים והנחיות בדיקת מוצרים biochar, אשר קובע סטנדרטים למאפיינים פיזיים וכימיים biochar, פורסמו וזמין לציבור.

מחקרים הראו biochar שמיוצר בחממה מסחרית באודסה, ON, קנדה היכולת לשפר באופן משמעותי את גידול צמחים בקרקעות בעוצמה מושפלת ומזהמים אורגניים sorb המתמשך (POP) כגון PCBs 2, 3. Biochar זה הופק משלושהחומרי גלם שונים (כלומר מקורות חומר אורגניים) באמצעות מערכת הדוד שבו החום שנוצר משמש כדי לחמם פעולת החממה שלהם בחודשי החורף.

מחקר זה מספק נתונים אפיון רלוונטיים לייצור של biochar בדודי ביומסה, ושימוש בbiochar כתיקון אדמה. מטרתו של מחקר זה היא לאפיין את פיזי, כימי ומאפיינים ביולוגיים של שש biochars על פי סטנדרטים שנקבעו על ידי אי.בי.אי בהגדרתם הסטנדרטית מוצרים והנחיות בדיקת מוצר (גרסת 1.1) (2013) ביסודיות. מאפיינים אלה יהיו צמודים, במידת האפשר, לביצועיו של כל biochar כתיקונים חקלאיים וביכולתם sorb מזהמים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: הבדיקות כימיות נערכו באנליטי שירותי היחידה (ASU) בבית הספר ללימודי הסביבה באוניברסיטת קווין (Kingston, ON). ASU הוא מוכר על ידי האגודה הקנדית להסמכת מעבדות (CALA) לבדיקות ספציפיות המפורטים בהיקף ההסמכה. ניתוחים אחרים, לרבות ניסויי חממה, נערכו בקולג 'המלכותי הצבאי של קנדה (Kingston, ON) במחלקה לכימיה והנדסה כימית.

1. שיקולים כלליים

  1. כדי להבטיח אבטחת איכות ובקרת איכות, לנתח ריק אנליטיים וכפולה אנליטיים, כפול מדגם וחומר עזר סטנדרטי עם כל אצווה של דגימות (גודל אצווה מקסימום 10) לשיטות בפרוטוקול.
  2. להקים דגימות כפולות כאשר תת-דגימה מהמדגם המקורי ולעבור את אותה ההכנה כמו הדגימות ידועות. ודא שערכים כפולים נמצאים במרחק 20% מכלאחרים או לחזור על הניתוח. ודא שתוצאות ניתוח של כדורי הסרק נמצאות מתחת לגבול גילוי השיטה המקבילה. גבולות חומר עזר סטנדרטיים תלויים בשיטת הפרט אלא להבטיח כי הם בדרך כלל בתוך 15-30% מהערך הצפוי.
    הערה: בחלק גדול מהשיטות שתוארו בפרוטוקול, פרטים כלולים בצו הציע ניתוח מדגם כולל calibrants, כדורי סרק, סטנדרטים גבוהים ונמוכים, ודגימות ידועות. זאת על מנת להבטיח שאין זיהום צולב בין דגימות ולהבטיח סטנדרטי לQA / QC גבוה.
    הערה: שש biochars יוצרו בחממה מסחרית ונותחה לכימי, פיזי ופרמטרים ביולוגיים. השמות של כל biochar משקפים פרמטרים הייצור או מקור זינה (טבלה 1).

קטגוריה מבחן 2.: מאפייני שירות biochar בסיסיים

  1. תכולת לחות וחומר אורגני
    1. השתמש בהפסד על הליך הצתה החוצהבשורה של נלסון וסומרס (1996).
      1. כולל כפול מדגם וחומר עזר סטנדרטי (Ottawa חול) לכל 10 דגימות לא ידועות.
      2. תווית כוסות 50 מ"ל עם סמן עמיד בחום, תנור לייבש אותם ב 105 ° C, לאפשר להם להתקרר ולאחר מכן להקליט במשקל.
      3. שוקל 2 גרם של מדגם אוויר יבש לתוך הכוס מיובשת בתנור. מדגם יבש ב 105 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות, ולאחר מכן להסיר מהתנור להתקרר.
      4. ברגע מגניב, לשקול את הכוס והמדגם (X = משקל של מדגם מיובש - המשקל של כוס).
      5. הנח את הדוגמא בתנורי המופל וחום במשך 16 שעות מכסות ב 420 מעלות צלזיוס. הסר את המדגם מהתנור להתקרר. לשקול את הכוס עם מדגם שוב ולהקליט את המשקל (Y = המשקל של מדגם ashed - משקל של כוס).
      6. לבצע את החישובים הבאים:
        i) הפסדים מההצתה = XY
        ii) לחות% = ((משקל לדוגמא - X) / משקל לדוגמא) x 100%
        iii) מאט אורגני%אה = (הפסד בהצתה / X) x 100%
  2. ניתוח בסמוך והאולטימטיבי
    הערה: לניתוח בסמוך / אולטימטיבי, ארבע דגימות נותחו: נמוכה, גבוה, תקן הדלק וניתוח PAH הגבוה 2. בוצעו על נמוך, גבוה, ותקן דלק. אלה נבחרו כנציג של biochars מיוצר מאז 2012.
    1. לנהל בסמוך ואולטימטיבי ניתוחים במתקן מסחרי המבוסס על שיטות: D3172-13 ASTM 8 וD3176-09, תקן תרגול עבור בסמוך ואולטימטיבי ניתוח 9 של פחם וקוקה קולה, בהתאמה.
  3. pH
    1. לכייל יומי הבדיקה pH לפני השימוש בתקני כיול.
    2. הוספת biochar 0.25 g ל -25 מיליליטר מים מזוקקים, ללא יונים.
    3. לנער ידני למשך 2 דקות, אז צנטריפוגות ל3,000 XG במשך 5 דקות.
    4. איסוף supernatant לתוך מבחנת זכוכית וpH מידה.
  4. התפלגות גודל חלקיקים
    1. לנתח את כל הדגימות בtriplicatדואר באמצעות סינון יבש מתקדם שהותאם מASTM D5158-98 10 באמצעות שבע נפות תקן אמריקאי ומחבת (4.7, 2.0, 1.0, 0.50, 0.25, 0.15, ו.0075 מ"מ)
      1. רשום את המשקל של כל מסננת ריקה ומחסנית הנפות בהוראה ממחבת למ"מ 4.7 עם מסננת 4.7 מ"מ להיות בחלק העליון.
      2. מניחים 60 גרם של biochar במסננת 4.7 מ"מ, הנח את המכסה על גבי ולאבטח את ערימת נפות על שייקר.
      3. לנער במשך 10 דקות ולהקליט את המשקל של כל מסננת. דווח על נתונים בקובץ Excel כאחוזים הנותרים בכל מסננת.

קטגוריה B 3. בדיקה: toxicant דיווח

  1. בדיקות נביטה
    1. השתמש בשיטת בדיקת נביטת זרעים שתוארה על ידי Solaiman et al. (2012) 11.
      1. השתמש בנייר סינון ושתילה בקרקע כביקורת חיובית.
      2. ודא שהמשקלים המתאימים לכל טיפול הוא 3 גרם של biochar, 10 גרם של שתילה בקרקע, וחתיכת filte 1נייר r.
        הערה: ערכים אלה מבוססים על נפח בצלחת פטרי, כך שכל מנה היא ~ 50% מלאים (לפי נפח).
      3. לצלחות פטרי (8.5 סנטימטרים קוטר), מקום spp פפו חמישה Cucurbita. פפו זרעים (דלעת) ו -50 sativa Medicago (אספסת) זרעים לכל טיפול.
      4. באמצעות גליל סיים להוסיף 15 מיליליטר של מים לכל צלחות פטרי, ואז לכסות אותם עם מכסים המיוחסים להם.
      5. מניחים את צלחות פטרי לנביטה תחת 14:10 שעות (יום: הלילה) photoperiod ניאון ולשמור על טמפרטורה על 27 מעלות צלזיוס (± 6 ºC).
      6. לאחר שבעה ימים לרשום את המספר של זרעים מונבטים. דו"ח תוצאות כ% מונבטים לכל צלחת פטרי. מדוד את אורך השורש של זרעים מונבטים באמצעות סרגל. אורכים דווח שורש כסכום עבור כל צלחת פטרי (סנטימטר צלחת / פטרי).
  2. תולעת הימנעות
    1. אחסן Eisenia fetida במטריצת אדמה בריאה מורכבת מכבול ושתילהקרקע ולשמור על לחות קרקע ב ~ 30%.
    2. השתמש בשיטת הימנעות תולעת שתוארה על ידי אל Li et. (2011). בחר תולעים החל 0.3-0.6 g בגודל.
      1. עבור assay זה, השתמש בששת גלגלי הימנעות (איור 1) או מבנה דומה לאלה שתוארו במבחן ההימנעות חריפה של איכות הסביבה קנדה (איכות הסביבה קנדה, 2004).
      2. Mix biochars בנפרד באמצעות את חפירה ודלי עם שתילה בקרקע בשיעור של 2.8% (לפי משקל).
      3. מלא כל אחד מששת התאים עם 120 גרם של אדמה או תערובת האדמה / biochar, עם כל תא אחר המשמש כשליטת unamended (איור 1) כלומר אדמה ללא biochar. הוסף 10 תולעים לתא אמצע הסיבוב.
      4. לחשוף את התולעים במשך 48 שעות שמירת גלגל ההימנעות מכוסים בנייר אלומיניום כדי למנוע בריחת תולעת. לשמור על תנאי טמפרטורה לגלגלי ההימנעות בין 20-25 מעלות צלזיוס. לפקח על לחות הקרקע ולשמור על ~ 30%. לאחר 48 שעות להסיר את התולעים ולהקליט את המיקום שלהם בגלגל ההימנעות, כלומר, אם הם נמצאים בi) תוקן או ii) תאי unamended. אל תעשה שימוש חוזר תולעים לבדיקת עתיד.
  3. פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAHs)
    1. לנתח PAHs על ידי מיצוי בממסים וGC-MS מבוסס על EPA 8270 12.
  4. Polychlorinated biphenyls ריכוז (PCB)
    1. דגימות יבשים (10 גר ') הלילה ב 25 מעלות צלזיוס במשך 18-24 שעות לאחר מכן טוחנות אותם לאבקה דקה (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) עם סולפט נתרן 10 גרם ו -10 גרם חול אוטווה.
    2. כולל (חול אוטווה) אחד אנליטיים ריק, שליטה אחד (סכום ידוע לסטנדרטים של PCB) ומדגם כפול אנליטיים אחד לכל 10 דגימות לא ידועות.
    3. המקום 2 מדגם g לSoxhlet אצבעון ולהוסיף decachlorobiphenyl 100 μl (DCBP) כתקן פונדקאית פנימי.
    4. לחלץ דגימות במנגנון Soxhlet במשך 4 שעות ב4-6 מחזורים לשעה ב 250 מיליליטר של dichloromethane.
    5. שימוש בגז כרומטוגרף מצויד בגלאי מיקרו 63 Ni לכידת אלקטרון (GC / μECD), טור התמזגה נימי סיליקה (30 מ ', 0.25 מזהה מ"מ × 0.25 עובי מיקרומטר סרט) ותוכנה מתאימה לנתח תמציות biochar לAroclors כולל. השתמש בהליום כגז המוביל בקצב זרימה של 1.6 מיליליטר / דקה. השתמש בחנקן כגז איפור לגלאי לכידת אלקטרון (ECD). דווח ערכים כמשקל יבש מיקרוגרם / g.
  5. ניתוח מתכת
    1. דגימות אוויר יבש ל18-24 שעות ולטחון לאבקה דקה (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) עם מכתש ועלי.
    2. שימוש בחומצות כיתה מגיב מרוכזים, חום 0.5 גרם של המדגם ב 2 מיליליטר 70% (w / w) חומצה חנקתית ו -6 מיליליטר 38% חומצה (w / w) הידרוכלורית, עד הנפח מצטמצם 1-2 מיליליטר. אז איפור הפתרון ל -25 מיליליטר בבקבוק מדידה באמצעות מזוקק, מים ללא יונים, מסונן דרך p 40 מסנן Whatman מס 'aper.
    3. ניתוח דגימות באמצעות ספקטרומטר בו זמנית בשילוב אינדוקטיבי פלזמה אטומי פליטה (ICP-AES) עם סטנדרטים / הפקדים הבאים (ראה שלב 3.5.3.1). לנתח סטנדרטים ICP מרכיב רב ולבדוק מקדמי שגיאת% ומתאם של עקומות הכיול. תקנים נרכשים בתערובות מותאמות אישית עם אלמנטים רבים בכל תקן. לכל אלמנט עקום כיול 3 נקודות (לדוגמא קדמיום מנוהל על 0, 0.1, 1.0 ו -5 ppm). ודא עקומות עם סימון כיול סטנדרטים. לכייל מחדש בערך כל 18 דגימות.
      1. הוספת תקנים פנימיים (אינדיום וסקנדיום) 'על קו "עם דגימות כדי לוודא יציבות מכשיר. ניתוח דגימות בתקני בקרת איכות נוספת הכוללים חומרים מוסמכים התייחסות (בוש, ענפים ועלים; לבן כרוב ותרד), כדורי סרק שיטה (להוסיף חומצות לצינור עיכול ריק ולהתייחס אליהם כמתואר ב3.5.2 לעיל), כפילויות אנליטיות, ו כפילויות שדה.
  6. מרקורי
    1. ודא המכשור עומד בקריטריונים המפורטים בארה"ב EPA שיטת 7473 ומאפשר למדידה כספית ישירה
    2. שוקל של biochar אוויר יבש קרקע (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) 100 מ"ג לקוורץ או ניקל לשקול סירות.
    3. השתמש בפתרון מניות ICP-AES של 1,000 מיקרוגרם / מיליליטר Hg ו -5% חומצה הידרוכלורית במים ללא יונים כפולים (DDI) כדי להפוך את המניות עובדות (5 מיקרוגרם / מיליליטר, 1 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.1 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.01 מיקרוגרם / מיליליטר) וסטנדרטים לכיול.
    4. השתמש בסירה ריקה ניקתה כריקה שיטה. ניתוח דגימות מתחילות עם שיטה ריקה, נמוך QC (20 ng Hg - 20 μl של Hg 1 מיקרוגרם / מיליליטר), בלנק, הגבוה QC (200 ng Hg - 40 μl של 1 מיקרוגרם / מיליליטר Hg), ריק, ריק, תקן הפניה חומר (MESS-3), בלנק, MESS-3, בלנק, לדוגמא 1, בלנק, לדוגמא 2,, לדוגמא 2 dup ריק, ריק, לדוגמא 3, בלנק, וכו '
    5. מניחים את הסירות בתא שבו מכשיר מדגם תרמית מתפרק בcontinuזרימת יחידות ארגונית של חמצן.
      הערה: מוצרי הבעירה לאחר מכן ניתן יהיו נישאה בזרימת החמצן ולאחר מכן מפורקת נוסף במיטת זרז חמה. אדי מרקורי יהיו לכודים בצינור amalgamator זהב ולאחר מכן desorbed לquantitation spectrophotometric ב 254 ננומטר.

C מבחן 4. קטגוריה: biochar מתקדם ניתוח וקרקע מאפייני שיפור

  1. אמוניום כחנקן
    הערה: השיטה עושה שימוש בתגובת Berthelot בי מלחי אמוניום בפתרון מגיבים עם phenoxide. תוספת של נתרן היפוכלוריט גורמת להיווצרות של מתחם בצבע ירוק. nitroprusside נתרן מתווסף להגביר את הצבע.
    1. שוקל 5 גרם של מדגם מיובש באוויר קרקע (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) לתוך ארלנמייר 125 מ"ל. להוסיף 50 מיליליטר של 2 M (0.01% (V / V) KCl. שים את צלוחיות על שייקר מסתובב עבור שעה 1 ב 200 סל"ד. אחרי שלחץ הוא מלא, לסנן הדגימות באמצעות נייר 42 מסנן Whatman מס '100 למיליליטר plבקבוקוני astic.
    2. הכן פתרונות מגיב:
      1. פנול אלקליין - המידה 87 מיליליטר של פנול מעובה לתוך נפח 1-L מולא 2/3 עם מים DDI. להוסיף 34 גרם NaOH, לעשות עד נפח עם מים DDI.
      2. פתרון היפוכלוריט - באמצעות 100 מ"ל סיים מדד גליל 31.5 מיליליטר של אקונומיקה המסחרית (5-10%) ולמלא במים לDDI 100 מיליליטר. להעביר לבקבוק ולהוסיף 1.0 גרם של כדורי NaOH ולאפשר להם להתמוסס.
      3. פתרון EDTA - לפזר 32 גרם של EDTA di-נתרן וNaOH 0.4 גרם בנפח 1-L מולא 2/3 עם מים DDI. להוסיף 0.18 nitroprusside g ולפזר על ידי רועד. לעשות עד נפח עם מים DDI ולהוסיף 3 מיליליטר טריטון (10%).
    3. הפוך סטנדרטים כיול (0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, וריכוז N / ml 2.0 מיקרוגרם) ציון מגיב באמצעות Cl NH 4 ומים DDI. הכן סטנדרטי התייחסות QC ממקור כיתה מגיב של אמוניום כלוריד שונה מהמקור ששמש לביצוע הסטנדרטים.השתמש במים כפולים deionized כחסר.
    4. תתחיל לפעול autoanalyzer. עיצוב כל ריצה להתחיל עם התקן הגבוה (2.0 מיקרוגרם / מיליליטר N) x 2, כיול תקנים (מגבוהים לנמוך), שיטה בלנק, רמה הגבוהה, נמוך רגיל (0.1 מיקרוגרם / מיליליטר N) x 2, לשטוף במים, QC ההפניה מדגם x 2, דוגמאות, כפול לדוגמא, ורמה גבוהה., ולשטוף במים.
      הערה: תוכנת autoanalyzer באופן אוטומטי לחשב ריכוזים בתמצית.
    5. חשב את ריכוז biochar = (ריכוז x 50 מיליליטר תמצית (KCl)) לדוגמא biochar / 5 גרם.
  2. KCl חילוץ הניטריט וחנק על ידי Autoanalyzer
    הערה: שיטת colorimetric Griess Ilosvay מנצלת את התגובה של יוני ניטריט עם sulfanilamide בתנאים חומציים כדי ליצור מתחם Diazo. המתחם מגיב נוסף עם dihydrochloride -1-naphthylethylenediamine N כדי ליצור צבע אזו מגנטה. חנקתי במדגם מומר לניטריט באמצעות חשיפה לסוכן צמצום(במקרה זה נחושת-קדמיום הפחתת טור). זה נותן מדד לריכוז ניטריט + חנקתי במדגם.
    1. שוקל 5 גרם של מדגם מיובש באוויר קרקע (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) לתוך ארלנמייר 125 מ"ל. להוסיף 50 מיליליטר של 2 M (0.01% (V / V)) KCl. שים את צלוחיות על שייקר מסתובב עבור שעה 1 ב 200 סל"ד. אחרי שלחץ הוא מלא, לסנן הדגימות באמצעות נייר 42 מסנן Whatman מס 'לתוך צלוחיות פלסטיק 100 מ"ל.
    2. לאפשר אספקת מים (אמוניום כלוריד וצבע מגיב) כדי לחמם לטמפרטורת חדר.
    3. הפעל colorimeter לתת למנורה להתחמם. מאוחסנים בתוך המנתח האוטומטי קווים מגיב כותרת אמוניום כלוריד, צבע מגיב ומים; להתחיל את המשאבה ומאפשר למים לרוץ דרך המערכת, סמנו את כל קווי משאבה-צינורות לתפקוד תקין.
    4. ברגע שמערכת equilibrated, קווי מקום בחומרים הכימיים המתאימים ולאפשר להפעיל למשך 5-10 דקות. הפעל את מכשיר ההקלטה התרשים. לחכות לתחילת המחקר לייצב, ולהגדיר לה 10
    5. הכן 100 מיקרוגרם / מיליליטר חנקה ותקני Stock QC ניטריט מKNO 3 וננו 2 ומים DDI, בהתאמה. כדי להפוך 10 מיקרוגרם / מיליליטר ביניים רגיל, להוסיף 5 מיליליטר של 100 מיקרוגרם / מיליליטר פתרון מניות לבקבוק מדידה 50 מ"ל ולעשות עד נפח עם 0.01% KCl. כדי להפוך כיול תקנים לשלב 0.01% KCl וסטנדרטי ביניים 10 מיקרוגרם / מיליליטר שהוכנו בצלוחיות נפח 25 מ"ל לעשות סטנדרטים כיול (0.05, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2 מיקרוגרם / מיליליטר NO NO 3 או 2). השתמש KCl לחסר שיטה.
    6. הכן קוצים באמצעות 5 גרם של חול אוטווה (חומר אינרטי) ולהוסיף 0.05 מיליליטר של סטנדרטי QC המתאים 1,000 מיקרוגרם / מיליליטר לתוצאה סופית של 10 מ"ג N / מדגם קילוגרם. הפוך ספייק שילוב NO 3 + מס '2 על ידי להתחדד מדגם יחיד עם 0.025 מיליליטר של כל 1,000 מיקרוגרם / מיליליטר מניות רגילות QC. הכן ספייק מדגם אחד לריצה על ידי להתחדד 5.0 גרם של מדגם biochar לא ידוע עם 0.025 מיליליטר של 1 המתאים,000 מיקרוגרם / מניות רגילות QC מיליליטר.
    7. תתחיל לפעול ניתוח. כולל סט מלא של תקני כיול, שתי דוגמאות QC התייחסות, לפחות שני כדורי סרק KCl, ולפחות שני הניטריט תקנים, קבוצה של Spikes חול אוטווה ואת החסר וספייק לדוגמא בכל סיבוב.
      הערה: תקנים ניתן להפעיל מחדש כסמנים בין כל 5 דגימות ידועות ולאמת את הערכים להכנת העקומה סטנדרטית.
    8. חזור סטנדרטי / ml 2.0 מיקרוגרם בסוף כל סיבוב. הפעל דגימות כפולות בשיעור מינימאלי של 10%. הפעלת הניטריט + ניתוח חנקתי ראשון, ואחריו ניתוח הניטריט.
    9. שיא בגבה שיא הניטריט חנקה גיליון עבודה של כל הסטנדרטים, בדיקות QC ודוגמאות. השתמש במספר יחידות תרשים כמו המדידה של גובה. כדי לכייל את המכשור, השתמשו בגבהים היחסי של הסטנדרטים. ודא שערך R 2 נמצא מעל 0.99, אם לא להפעיל מחדש את הסטנדרטים.
    10. חשב את הריכוז של הדגימות באמצעות formul:
      ריכוז תמצית = (גובה Peak - יירוט של עקומת הכיול / הכיול Curve Slope) דילול x
      ריכוז biochar = (ריכוז תמצית x 50 מיליליטר (KCl)) לדוגמא biochar / 5 גרם
    11. לחסר ריכוז ניטריט המוערך מהריכוז חנקה תוספת ניטריט לחשב חנקת.
  3. זרחן חילוץ (2% חומצה פורמית הפקה)
    הערה: תוכנת המנתח האוטומטי מחשב באופן אוטומטי ריכוזים. מידע כיול דיווחי תוכנה, טיב התאמה של עקומת הכיול, ריכוזים עבור כל הדגימות, calibrants, כדורי הסרק ודגימות QC, כי כבר ריצה.
    1. לפני דגימות חנות הניתוח במכל זכוכית נקייה או שקית פלסטיק סטרילית. שמור דגימות בקירור ולנתח תוך שבועיים או לשמור קפוא עד שנה אחת.
    2. הפוך את כל הסטנדרטים וסטנדרטיים QC עם אותו נוזל המיצוי המשמש לדגימות. השתמשו פכי נהרות משקעים כrefere סטנדרטיחומר פליטות ובכל אמבטיה של דגימות כוללים שני כדורי סרק להיעקר.
    3. שימוש בנפח 1-L מלא עד 750 מיליליטר עם מים DDI, להוסיף 20 מיליליטר (98-99%) חומצה פורמית ולמלא נפח במי DDI.
    4. להוסיף 1.0 גרם של מדגם מיובש באוויר קרקע (גודל חלקיקים <0.15 מ"מ) לתוך ארלנמייר 125 מ"ל. להוסיף 50 מיליליטר של 2% פתרון חומצה פורמית. שים את צלוחיות בsonicator במשך 10 דקות, ולאחר מכן להעביר על שייקר מסתובב עבור שעה 1 ב 200 סל"ד. אחרי שלחץ, דגימות מסנן משתמש בנייר מסנן Whatman מס '42 לקבוצה נוספת של צלוחיות Erlenmeyer 125 מ"ל.
    5. הכן תקנים וSpikes:
      1. הכן 1,000 מיקרוגרם / מיליליטר QC Stock תקן מאורתופוספאט dihydrogen אשלגן והמים DDI. השתמש בQC Stock התקן כדי להפוך את תקני הכיול (5 מיקרוגרם / מיליליטר, 1 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.5 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.2 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.1 מיקרוגרם / מיליליטר). השתמש 0.100 מיליליטר של תקן QC כדי להפוך את ספייק QC. כדי להפוך את תקן QC בדוק, להוסיף 0.100 מיליליטר של QC Stock התקן לכרך 50 מ"לבקבוק umetric ולהפוך אותו עד נפח עם KCl.
        שימו לב: זה ריכוז דילול / ml 0.2 מיקרוגרם.
      2. השתמש במשקעים שפכי נהרות כדוגמא הפניה QC. השתמש 0.01% KCl כריק שיטה.
    6. לנתח במערכת autoanalyzer. דגימות עד קבע כפריימר (רמה גבוהה (0.5 מיקרוגרם / מיליליטר), Calibrants (5 מיקרוגרם / מיליליטר, 1 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.5 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.2 מיקרוגרם / מיליליטר, 0.1 מיקרוגרם / מיליליטר), בלנק, ריק, רמה גבוהה ( 0.5 מיקרוגרם / מיליליטר), נמוך רגיל (0.1 מיקרוגרם / מיליליטר), נמוך רגיל (0.1 מיקרוגרם / מיליליטר), ריק, לדוגמא QC (Reference / פכים נהרות משקעים), לדוגמא QC (Reference / פכי נהרות משקעים), שיטה בלנק, לדוגמא 1, לדוגמא 2, דוגמא 2 Dup, לדוגמא 3 וכו ', רמה גבוהה, ריק.
    7. בכל אצווה של דגימות גם לחלץ שני כדורי סרק: האחד הוא כיול ריק וזה כדי להיות ממוקם במעמד הסטנדרטי של autosampler, האחרים היא שיטה ריקה וזה כדי להיות ממוקם במגש המדגם.
  4. שטח ספציפי
    הערה: Analysiים לBrunauer-אמט-טלר שטח פנים (BET) נערך בכימיה הביולוגית רדיו הגרעיני (CBRN) המעבדה ההגנה בRMC. השיטה משתמשת בניתוח ספיחת גז 2 N ב 77 K בטווח לחץ יחסי 0.01-0.10 לאחר סילוק גזים ב 120 מעלות צלזיוס למשך תקופה מינימאלית של 2 שעות. מדגם כפול נותח לכל 6 דגימות ידועות. דוגמאות לא קרקע לצורת אבקה לפני הניתוח.
    הערה: זמני סילוק גזים ולחצים ספציפיים ליצרן מכשיר והשיטה סיפקה אומתה בעבר עם פחם פעיל בטמפרטורה גבוהה.
  5. קיבולת קטיון Exchange (CEC)
    1. בצע את שיטת נתרן אצטט לועדת בחירות מרכזית שתוארה על ידי פלמינג (2008) ובעל אחוזה לחשב CEC.
      1. כולל ריק אחד אנליטיות (מים DDI), חומר עזר סטנדרטי (Ottawa חול) ולשכפל לכל 10 דגימות.
      2. הכן פתרון להרוות (1 M NaOAc pH 8.2) על ידי המסת 136.08 g של NaOAc. 3H 2 Oבשנת 750 מיליליטר מזוקק, מים ללא יונים. התאם את ה- pH 8.2 ידי הוספת חומצה אצטית או נתרן הידרוקסידי. לדלל את L 1 עם מים DDI.
      3. הכן פתרון השטיפה הראשון (isopropanol 80% (IPA)) על ידי שילוב של 800 מיליליטר IPA עם 200 מיליליטר מים מזוקקים, ללא יונים. אז להכין פתרון השטיפה השני (100% IPA).
      4. הכן את פתרון החלפה (0.1 M NH 4 Cl) על ידי המסת 5.35 g NH 4 Cl לL 1 מזוקק, מים ללא יונים.
      5. שוקל 0.2 גרם של מדגם (אוויר היבש, לא קרקע) לתוך צינור צנטריפוגות 30 מיליליטר. במקביל, שוקל 0.5 גרם של המדגם זהה האוויר יבש לתוך מחבת ייבוש אלומיניום-שקל מראש. הנח את הדוגמא במחבת אלומיניום הייבוש בתנור ב 200 מעלות צלזיוס במשך שעה 2, לקרר אותו בתא ייבוש ולאחר מכן לשקול שוב כדי לקבוע את תכולת המים של מדגם האוויר יבש. השתמש בדוגמה זו כדי לחשב את גורם תיקון תוכן מים, F (שלב 4.4.1.10).
      6. הוסף 15 מיליליטר של הפתרון שירווה, מערבולת, אז צנטריפוגות ב3,000XG במשך 5 דקות. למזוג בזהירות וזורקי supernatant כדי להבטיח שאין מדגם הולך לאיבוד. חזור על פעולה זו עוד פעמיים.
      7. הוסף 15 מיליליטר של פתרון השטיפה הראשון. מערבולת ו צנטריפוגות ב 3000 XG במשך 5 דקות. למזוג וזורקים supernatant בזהירות. חזור על פעולה זו מספר פעמים, כל פעם למדידת מוליכות החשמלית של פתרון supernatant. כאשר המוליכות של supernatant יורדות מתחת למוליכות של NaOAc רוויים IPA (~ 6 מייקרו-שני / סנטימטר), לעבור לפתרון השטיפה השני. תמשיך לשטוף את המדגם עד המוליכות של supernatant יורדות מתחת 1 מייקרו-שני / סנטימטר.
      8. לאפשר מדגם לייבוש באוויר במנדף, ולאחר מכן להוסיף 15 מיליליטר של פתרון החלפה. מערבולת ו צנטריפוגות ב 3000 XG במשך 5 דקות. למזוג ולשמור את supernatant לתוך בקבוק נפח 100 מ"ל. חזור על פעולה זו שלוש פעמים נוספות, בכל פעם להציל את supernatant לאותו בקבוק המדידה. אז להביא את הנפח עד 100 מיליליטר עם wa מזוקק, ללא יוניםter.
      9. לנתח את תוכן נתרן באמצעות ספקטרומטריית מצמידים אינדוקטיבי פלזמה אטומית פליטה (ICP-AES) כפי שתואר לעיל.
      10. לבצע את החישובים הבאים:
        F = (משקל של מדגם אוויר יבש בתנור יבש, - משקל של מדגם אוויר יבש)
        C = ריכוז Na (מ"ג / ליטר) בבקבוק המדידה של 100 מיליליטר
        = משקל W (ז) למדגם אוויר יבש הוסיף לצינור צנטריפוגות
        CEC = (C x .435) / (F x W) (cmol / קילוגרם)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ניתן למצוא סיכום של כל התוצאות כוללים השוואה לקריטריונים שנקבעו על ידי אי.בי.אי 13 בלוחות 1 (סיכום), 2 (חדשה, גבוה, נמוך, שלישית זינה וגבוהה 2-biochars) ו -3 (biochar הישן). כל biochars וחומרי הגלם המשמש בשנת 2012 ו 2013 (לוח 2) היו גם בתוך הקריטריון שנקבע על ידי אי.בי.אי והיו הבדלים קטנים בין biochars. biochar הישן (לוח 3), biochar הראשון שהוגש לבדיקה, היה עשוי ממשטחי משלוח ששמשו ופסולת הבנייה והיה נחוש בדעה שהרמות גבוהות של ארסן מתכות, כרום, נחושת, ועופרת. biochar הישן גם היו הרמות הנמוכה ביותר של פחמן אורגני (63.2%), כפי שנקבעו על ידי הפסד על הצתה. היה זה biochar את הרמות הגבוהות ביותר של זרחן לחילוץ (850 מ"ג / קילוגרם) וCEC (34.8 cmol / קילוגרם), כמו גם את האחוז הגבוה ביותר של חלקיקים זעירים (<0.5 מ"מ, 48%). biochar הישן היה גם biochar רק לנכשל במבחן הנביטה (איור 3) ובו נקבע כי Eisenia fetida (חסר חוליות אדמה) נמנע באופן משמעותי את השיעור של 2.8% תיקון biochar הישן, ואילו הם העדיפו את תיקון 2.8% מbiochar החדש (איור 2).

קטגוריה מבחן: מאפייני שירות biochar בסיסיים

ייצור biochar באמצעות פירוליזה הוא למעשה הגזה של ביומסה. תהליך הגזה מאפשר השינוי של מולקולות אורגניות מובנים של חומרי עץ ותאיים לפחמן, או שאריות המכיל פחמן, אשר לעתים ריחניים בטבע 14-18. הגזה מתקבלת באמצעות החיסול של מים וחומרים נדיפים מחומרי גלם ביומסה, בשל הפעולה של חום במהלך תהליך פירוליזה 19. כל biochars מיוצר בחממה המסחרית הכילו אחוז לחות נמוך יחסית (<5%) למעט ישןbiochar. כל biochars מסווג על-ידי אי.בי.אי כייצוגי (> 60%) במונחים של ההרכב שלהם פחמן אורגני כתוצאה מגזה מלאה של חומר הזינה באמצעות פירוליזה. כך בשל האחוז הגבוה של פחמן אורגני, יש לי כל biochars מיוצר אחוז נמוך של אפר (<2.5%), המהווה את המרכיב אורגני או מינרלים של biochar 13. למרות שbiochars האפר הנמוך אלה אינם מספק כמויות משמעותיות של חומרים מזינים באופן ישיר לאדמה כמו לעשות biochar גבוה אפרם (לעתים קרובות עשויים מזבלים ועצמות) עמיתים; תוכן פחמן של biochars אלה הוא הרבה יותר גבוה ולכן יש להם את יכולות שימור תזונתי גבוהות יותר לטווח ארוך 20-22.

המימן לפחמן יחס (H: C) הוא מונח המשמש לעתים קרובות כדי למדוד את מידת ארומטיות וההתבגרות של biochar, אשר נקשר ליציבות לטווח הארוך שלהם בסביבה 18. לחומרי גלם ביומסה המכילה תאיתnd ליגנין, H: יחסי C הם כ -1.5. עם זאת, פירוליזה של חומרים אלה בטמפרטורות גבוהות מ -400 מעלות צלזיוס צפויה לייצר biochars עם H: יחסי C <0.5. זה כבר דווח כי H: יחס C <0.1 מציין מבנה דמוי-גרפיט בbiochar 23. כל biochars בדוח זה H: יחסי C פחות מ 0.02, מצביע על כך שbiochars אלה הם ריחניים מאוד בטבע ולא תהיה לי יציבות לטווח ארוך בסביבה.

pH הקרקע הוא מדד לחומציות קרקע, ולמרבה הצער, רבות קרקעות חקלאיות בקנדה ובעולם הן חומצי (pH <7), מה שאומר שהם לא אידיאליים עבור יבול צמיחה. Biochars עם pH בסיסי (7>), כגון אלה שיופקו בחממה, ניתן להוסיף לקרקעות חומציות כדי להגדיל את ה- pH הקרקע לרמות שמתאימות יותר לגידול צמחים.

מאפיין נוסף אדמה חשובה לצמיחת צמח הוא התפלגות גודל חלקיקים (PSD). Biochars שיש אחוז גבוה יותר של חלקיקים גסים עשויים בחיוב להגדיל אוורור קרקע ולמנוע תנועת biochar לתשתית לאורך זמן, ובכך להגדיל את אורך הזמן biochar מציע יתרונות לגידול צמחים 24. עם זאת, גדלים של חלקיקים קטנים יותר הם העדיפו לbiochars שיופקו למטרות שיקום במטרה sorb מזהמים ולמזער את הזמינות הביולוגית שלהם, כמו מזהמים יותר בקלות יוכלו לגשת נקבובי לכריכה 3,25, 26. כמו כן חלקיקים קטנים יותר בגדלי עליות מספר חלקיקי biochar ליחידת נפח של אדמה שהוא נוח לספיחת מזהמים 27. כמו במחקר קודם 3, חלקיקים קטנים מוגדרים כמי <0.25 מ"מ וחלקיקים גסים כ> 0.5 מ"מ. יש לי biochars שם New-, גבוה ושלישית זינה שיעור גבוה של חלקיקים גסים (~ 98%), ושיעור נמוך של חלקיקים (~ 2%). ביוchar מיוצר בטמפרטורה נמוכה במקצת, היו בגדלים של חלקיקים קטנים 89 גס% ו -11%. כל biochars אלה עשויים להציע שיפורים משמעותיים למרקם קרקע ואוורור במיוחד בקרקעות מושפלת או חימר סוג. היה לי biochar הישן PSD שהיו שונה באופן מהותי מאחרים, שיש גס 52% וחלקיקים עדינים 48%. Biochar עם PSD זה עשוי להיות עדיף לשימוש באתרים מזוהמים, שבו וספיחה מזהמים היא המוקד העיקרי.

קטגוריה בדיקת B: toxicant דיווח

בדיקות ביולוגיות של biochar חשובה להעריך את הרעילות (אם בכלל) של חומרים אלה לחסרי חוליות אדמה וצמחים. נכון להיום, יש מעט ספרות קיימות על ההשפעה הפוטנציאלית של biochar על אורגניזמים יבשתיים והתגובה הקשורים בם, ולעתים קרובות הספרות שקיימת מתנות סותרות תוצאות. חשיפה למזהמים עלולה לעכב שלשולים יכולת לבצע פעולות אדמה חיוניות כגון decomposition, מינרליזציה התזונתית, ומבנה קרקע שיפורי 28. biochar החדש לא הראה השפעות מזיקות על Eisenia fetida התולעת כפי שהוערך על ידי הימנעות תולעת, אך נמנעו מתולעי biochar הישן (איור 2) באופן משמעותי. מבחני נביטה הם טכניקה המשמשת להערכת הרעילות של חומר מסוים לצמחים. שתילה בקרקע שימשה כבקרה טובה יותר מנייר סינון כהיווצרות עובש לעתים קרובות עודדה את נייר הסינון. זרעי דלעת ואספסת מונבטים היטב עם 67% ± 12% ו -81% ± נביטה 6%, בהתאמה. שורשים גם התרבו היטב עם אורכים ממוצע לאחר שבעה ימים להיות 14 סנטימטר ± 0.6 סנטימטר ו -55 סנטימטרים ± 8 סנטימטר לדלעת ואספסת, בהתאמה. כמו במחקרי הימנעות תולעת biochar הישן הראה רעיל לצמחים וכל biochars האחר העריך לא הראה השפעות מזיקות לזרע נביטה, כפי שנמדד על ידי נביטת אחוזים ואורך שורש לאחר שבעה ימים (איור 3

למרות שיש כמה סוגים של biochar פוטנציאל sorb מזהמים אורגניים ולהפחית רעילותם בסביבה, אפיון מדוקדק של biochar נדרש כדי להבטיח שזה לא מכיל חומרים מזהמים מזיקים כגון PAHs, PCBs, ומתכות כתוצאה מחומרי גלם מזוהמים או תנאי פירוליזה. אף אחד מbiochars מיוצר בחממה היה ריכוז PAH עולה על הנחיות IBI. biochar הישן היה נחוש יש רמות גבוהות של PCBs וארסן המתכות, כרום, נחושת, ועופרת, אולם אף לא אחד biochars מיוצר מחומרי שני ביומסה האחרים כלול מתכות מעל הנחיות IBI. biochar הישן הופק ממשטחי משלוח ששמשו ופסולות בנייה שעשוי המקור של זיהום המתכות. למרות biochar הישן לא יהיה מתאים לשימוש בקרקעות חקלאיות או גינות ביתיות, כל biochars האחר יכול לשמש למטרות אלה.

המבחן קייטC העקוב מדם: biochar מתקדם ניתוח וקרקע מאפייני שיפור

Biochars המכיל ריכוז גבוה של אמוניום חנקתי וניתן להחיל את קרקעות חקלאיות כדי לקזז את הדרישות לדשנים סינטטיים. עם זאת, אם biochar מכיל עודף של תרכובות חנקן אלה לאחר מכן יישום בקנה מידה גדול יכול להגדיל את הריכוז באטמוספרה O N 2 ולזהם מקורות מים שתייה עם חנקות. אף אחד מbiochars למד הכיל כמויות גבוהות של אמוניום חנקת או.

זרחן הוא מרכיב חיוני לתהליכים פיסיולוגיים רבים הקשורים לניצול אנרגיה נכון בשני צמחים ובעלי חיים. Biochars עם כמויות מתונות של זרחן זמין יפעל דשני מפעל חשובים באותה מידה. באונטריו, קרקעות המכילות זרחן 15-30 מ"ג / קילוגרם נחשבות נמוכות, 31-60 מ"ג / קילוגרם מתון, ו61-100 מ"ג / קילוגרם גבוה. biochar הישן היה הגבוה ביותר בזרחן זמיןב 850 מ"ג / ק"ג ועשוי שלא להיות מתאים להוספה לקרקעות כבר סווגו כגבוה בזרחן. עם זאת, כל biochars האחר שנבדק היה סכום נמוך בהרבה של זרחן זמין ולא ניתן לצפות כי יגרום לבעיות כאשר הוסיפו בשיעורים של עד 10% (w / w).

הרכיבים של biochar (מלבד לחות) שפורסמו במהלך פירוליזה מכונים עניין הנדיף כ. רכיבים אלה הם בדרך כלל תערובת של פחמימנים שרשרת קצרים וארוכים, פחמימנים ארומטיים עם כמויות קטנות של גופרית. העניין הנדיף נקבע באמצעות ניתוח בסמוך אשר גם קובע את תכולת הלחות ואפר של biochars (סעיף 2.2). התוכן נדיפים משפיע על היציבות של החומר 29, N זמינות וצמח צמיחה 30. בתאוריה, biochars גבוה בעניין הנדיף פחות יציבים ויש לי שיעור גבוה יותר של פחמן יציב המספק אנרגיה להתפתחותם של חיידקים ומגביל את הזמינות של חנקן דרוש לגידול צמחים. מחקר על ידי Deenik et al., (2010) נחשב 35% חומר נדיף להיות גבוה (גרימת מחסור חנקן), ו -10% חומר נדיף להיות נמוך. כל biochar בדוח זה הכיל פחות מ -20% חומר נדיף, ולכן לא צפוי להגביל גידול צמחים. קביעת ניתוח בסמוך לעניין הנדיף היא חשובה ביותר לbiochars עם ריכוזי אפר נמוכים כמו אלה המיוצרים בחממה המסחרית.

אזור ספציפי פני השטח (SSA) הוא מדד של הנקבוביות של biochar. זה כולל לא רק את השטח החיצוני biochar פני השטח, אלא גם את שטח פנים בתוך הנקבובי והוא מאפיין חשוב להשתמש כדי לחזות את היכולת של biochar לsorb מזהמים אורגניים. ספיחת מזהמים יוחסה לאינטראקציות π π-(לא קוולנטיים אטרקטיבי, מחייב) בין טבעת ארומטית (ים) של הזיהום ושל biochar 31. פחם פעיל (AC) הוא מחצלת כמו פחם-יש erial הנחשב במהלך הייצור שלה על מנת למקסם את נקבוביות שלה ולכן SSAS גבוה יותר מאשר רוב biochars. למרות שכל של biochars המובא בדוח זה יש לי SSAS בטווח של 300 מ '2 / g (כלומר הרבה פחות מזה של AC; ~ 800 מ' 2 / g), כפי שדווח בDenyes et al, 2012 ו 2013, biochars. , ישן וחדש, יש גם פוטנציאל משמעותי הראה לשמש כתיקון אדמה לתיקון של PCBs.

יכולת חילוף קטיונים (CEC) היא מדד של מספר קטיונים (יונים חיוביים) שחלקיקי קרקע הוא מסוגלים להחזיק בpH נתון. היכולת של הקרקע להחזיק קטיונים בשל אינטראקציות אלקטרוסטטיות עם אתרים טעונים שלילי על פני השטח של חלקיקים, כגון הידרוקסיל (OH -) וcarboxyl (COO -). קבוצות 32, 33 CEC של הקרקע יכול להיות מקושר ליכולתם של האדמה להחזיק חומרים מזינים ושומרים על קטיונים מדשנים אשר essentia l לגידול צמחים. כמו כן, יש לי רבים מזהמים סביבתיים כמו עופרת, קדמיום ואבץ מטענים חיוביים; לכן קרקעות עם CEC גבוה יכולות לתפקד כדי למנוע השטיפה של מזהמים אלה למקורות מים לשתייה. Biochars דווח להגדיל את CEC של קרקעות, עקב החמצון האיטי של פני השטח biochar אשר מגדיל את מספר האתרים טעונים שלילי, ולכן עשוי להפחית את דרישות דשן ולשתק מזהמים בעלי מטען חשמלי חיוביים בקרקעות 32. בדרך כלל, יש לי קרקעות חול CEC בין 1-5 cmol / קילוגרם, קרקעות חמרה 5-15 cmol / קילוגרם, קרקעות סוג החימר> 30 cmol / קילוגרם והעניין 200-400 cmol / קילוגרם אורגני. השיטות לקביעת ועדת הבחירות המרכזית של biochar עדיין בחיתוליהם, ולכן יש לשקול במונחים יחסי. ועדת הבחירות המרכזית של biochars מיוצר בחממה גבוהות מועדת הבחירות המרכזית של קרקעות מזוהמות PCB (Denyes et al., 2012), אך נמוך מקרקעות קומפוסט המתוקנות.

התחת = "jove_content" fo: לשמור-together.within-page = "תמיד"> איור 1
איור 1. גלגל הימנעות שלשול. הגלגלים מיוצרים מפלדה והתולעים רשאים לנוע לאורך התאים באמצעות חורים מרובים שהם כ 5 סנטימטרים קוטר.

איור 2
איור 2. assay הימנעות השלשול של ישן וbiochars הסוג החדש. Biochar שכותרתו "ישן" הופק באמצעות פסולת הבנייה, ואילו כותרות biochar "החדש" הופקו מחומרי נסורת. * מציין הבדל משמעותי בין שתילה בקרקע unamended ושתילה בקרקע תוקן עם 2.8% מאו biochar (p <0.05).

ys "> איור 3
איור 3. נביטת אחוז משני מיני צמחים שונים. דלעת (Cucurbita פפו spp. פפו) ואספסת (Medicago sativa) גדל בשלושה עותקים בbiochars השונים המיוצר בחממה מסחרית לשבעה ימים. ישן וחדש מתייחסים לbiochars עשוי מחומרי גלם שונים, ואילו נמוך ומתייחסים גבוהים לטמפרטורות שונות של פירוליזה. * מציין באופן משמעותי הבדל מהפקדים (שתילה בקרקע ונייר סינון).

לדוגמא זינה טמפרטורת פירוליזה חומר אורגני (LOI) pH CEC PSD PSD SSA
גס פיין
מעלות צלזיוס % cmol / קילוגרם % % מ '2 / g
ישן 1 > 700 63.2 9.3 34.8 51.7 48.3 373.6
חדש 2 700 97.8 9 16 98.7 1.3 324.6
Temp הנמוך 2 500 96.7 8.7 15.9 86.2 13.8 336.9
Temp הגבוה0; 2 > 700 97.9 8.4 11.1 98.1 1.9 419.5
זינה שלישית 3 700 96.2 9.6 13.2 97.6 2.4 244.4
Temp-2 הגבוה 3 > 700 97.1 9.1 17.1 97.9 1.9 428
LOI:, CEC הפסד בהצתה: קטיונים Exchange קיבולת, PSD: שטח ספציפי: התפלגות גודל חלקיקים, SSA

טבלת 1. סוג זינה, טמפרטורת פירוליזה ומאפיינים פיזיים של שש biochars.

דרישה אי.בי.אי Biochar טווח זינה יחידה
קריטריונים טווח
קטגוריה בדיקה: Basic מאפייני שירות biochar - חובה לכל Biochars
לחות הכרזה <.1-4.3 %
פחמן אורגני Class 1> 60% 96.2-97.8 (LOI) %
Class 2> 30% 92.44-97.93 (Pro / Ult)
Class 3> 10 <30%
H: C org 0.7 מקסימום 0.01-.02 יחס
סה"כ אש הכרזה 1.38-2.26 %
סה"כ N הכרזה .28-1.06 %
pH הכרזה 8.4-9.6 pH
התפלגות גודל חלקיקים הכרזה 86-98 גס%
1.3-14 %
פיין
קטגוריה בדיקת B: toxicant Reporting- חובה לכל חומר הזינה
נִבִיגָה עובר / נכשל Pass
תולעת הימנעות הכרזה אין הימנעות
פחמימנים Polyaromatic (PAHs) 6-20 <2.0 מ"ג / קילוגרם
Polychlorinated biphenyls (PCB) 0.2-0.5 <0.1 מ"ג / קילוגרם
זַרנִיך 12-100 <1.0 <1.0 מ"ג / קילוגרם
קדמיום 1.4-39 <1.0 <1.0 מ"ג / קילוגרם
כרום 64-1,200 <2.0 <2.0-2.6 מ"ג / קילוגרם
קובלט 40-150 <1.0 <1.0 מ"ג / קילוגרם
נחושת 63-1,500 3.6-6.5 <2.0-5.9 מ"ג / קילוגרם
עופרת 70-500 <2.0-2.7 <2.0-8.1 מ"ג / קילוגרם
מרקורי 1,000-17,000 <5.0-294 ng / g
מוליבדן 5-20 <2.0 <2.0 מ"ג / קילוגרם
סלניום 1-36 <10 <10 מ"ג / קילוגרם
אבץ 200-7,000 5.6-56.2 7.8-30.5 מ"ג / קילוגרם
כלור הכרזה מ"ג / קילוגרם
נתרן הכרזה 137-878 <75-770 מ"ג / קילוגרם
קטגוריה C בדיקה: biochar מתקדם ניתוח ושיפור קרקע Properties- אופציונאלי לכל Biochars
המינרלים N (אמוניום חנקתי ו) הכרזה <.2-6.1 מ"ג / קילוגרם
סה"כ זרחן הכרזה 69.5-276 52.5-74 מ"ג / קילוגרם
זרחן זמין הכרזה 9-80 מ"ג / קילוגרם
חומר נדיף הכרזה 12.47-19.09 %
שטח ספציפי הכרזה 244-428 מ '2 / g
קטיון Excקיבולת hange הכרזה 11.1-17.1 cmol / קילוגרם

טבלת 2. קריטריוני סיכום ומאפיינים לניו, גבוהה, נמוך, שלישית וגבוהים 2 Biochars וחומר הזינה. כל biochars מפורט בטבלה זו מיוצר ממקורות דומים באותו מתקן פירוליזה.

דרישה אי.בי.אי טווח biochar טווח זינה יחידה
קריטריונים
קטגוריה בדיקת מאפייני A- יסוד biochar שירות - חובה לכל Biochars
לחות הכרזה 20 %
פחמן אורגני Class 1> 60% 63.2 (LOI) %
Class 2> 30%
Class 3> 10 <30%
H: C org 0.7 מקסימום יחס
סה"כ אש הכרזה %
סה"כ N הכרזה %
pH הכרזה 9.3 pH
התפלגות גודל חלקיקים הכרזה 52 גס%
48 פיין%
קטגוריה מבחן B: toxicant Reporting- חובה לכל חומר הזינה
נִבִיגָה עובר / נכשל להיכשל
תולעת הימנעות הכרזה נמנע
פחמימנים Polyaromatic (PAHs) 6-20 מ"ג / קילוגרם
Polychlorinated biphenyls (PCB) 0.2-0.5 1.2 מ"ג / קילוגרם
זַרנִיך 12-100 167 <1.0 מ"ג / קילוגרם
קדמיום 1.4-39 <1.0 <1.0 מ"ג / קילוגרם
כרום 64-1,200 206 <20 מ"ג / קילוגרם
קובלט 40-150 5.3 <5.0 מ"ג / קילוגרם
נחושת 63-1,500 558 <5.0 מ"ג / קילוגרם
עופרת 70-500 314 <10 מ"ג / קילוגרם
מרקורי 1,000-17,000 <5.0 ng / g
מוליבדן 5-20 <2.0 <2.0 מ"ג / קילוגרם
סלניום 1-36 <10 <10 מ"ג / קילוגרם
אבץ 200-7,000 498 <15 מ"ג / קילוגרם
כלור הכרזה מ"ג / קילוגרם
נתרן הכרזה 6460 <75 מ"ג / קילוגרם
מבחןקטגוריה C: biochar מתקדם ניתוח ושיפור קרקע Properties- אופציונאלי לכל Biochars
המינרלים N (אמוניום חנקתי ו) הכרזה 2.6 מ"ג / קילוגרם
סה"כ זרחן הכרזה מ"ג / קילוגרם
זרחן זמין הכרזה 850 מ"ג / קילוגרם
חומר נדיף הכרזה %
שטח ספציפי הכרזה 373.6 מ '2 / g
קיבולת קטיון Exchange הכרזה 34.8 cmol / קילוגרם

טבלת 3. קריטריוני סיכום ומאפיינים לישנים biochar וזינה. רשימת biochared בטבלה זו הופק מפסולת הבנייה באותו מתקן פירוליזה כbiochars המפורט בטבלה 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כל השיטות מפורטות בפרוטוקול אומתו בזהירות ושימוש נרחב לקרקעות. כאפיון biochar הוא עדיין בחיתוליו, יעילותן של שיטות אלה למצע פחמן-עשיר הייתה ידועה ברובם. לפיכך, למרות שהשיטות אלה עצמם אינן רומן, היישום שלהם באופן שגרתי כדי לאפיין biochar הוא. במונחים של שליטת הבטחה / איכות איכות, לא היו בעיות בין כל אחת מהשיטות ביחס לחסר להיות מתחת מגבלות זיהוי או ההחלמה להיות נכון לחומרי העזר סטנדרטיים. זה מצביע על כך השיטות אלה הן מתאימות לשימוש לאפיון של biochar וחומרים כמו פחם-אחרים. שיטות שונות רבות שנוצלו כדי לאפיין biochars בספרות 20, 34-41 עם זאת, כפי שbiochar נהפך למקובל יותר ויותר כתוסף קרקע, שיטות שגרתיות נדרשות.

יכולת חילוף קטיונים הייתה metho רקד בי הקושי התעורר. השיטה לחישוב CEC של מדגם תלויה במשקל של מדגם וריכוז הנתרן שבמשקל שניתן. יש biochar צפיפות נמוכה מאוד ולכן אינו pelletize בחלק התחתון של הצינור לאחר צנטריפוגה, כמו אדמה עושה. לכן, כאשר decanting ושלכת supernatant בשלבי 6 ו -7 של השיטה (4.4), חשוב לא לאבד את כל מדגם biochar. Pipetting הפתרון מצנטריפוגות נדרש להימנע מכל אובדן מדגם.

שיטות אנליטיות אחרות הותאמו בקלות משיטות אדמה. אולטימטיבי וניתוח קרוב הוא ספציפיים למוצרים דומים כגון פחם biochar ו, ומכאן הוא בדרך כלל לא זמין במעבדות אשר לנתח באופן שגרתי קרקעות. שיטה נוספת (D1762 ASTM) זמין, לקביעת לחות, העניין הפכפך, ואפר פחם שבנעשה במיוחד מעץ. שיטה זו הייתה גם הייתה גם מתאימה לanalys הקרובהוא. בעת קביעת הפסד על הצתה לחומר אורגני אחוזים ולחות אחוזים מסוימים יכול לבחור לבצע ניתוחים אלה בטמפרטורות גבוהות מ 420 ° C, במיוחד אם biochars בשאלה מיוצר באמצעות טמפרטורות גבוהות מאוד של פירוליזה. במקרה מחקר מסוים זה 420 ° C היה מספיק כדי אפר כל biochars לחלוטין, ואם כי לא דן בטמפרטורה זו הייתה גבוהה מספיק כדי אפר פחמן אפילו הופעל.

עבודה עם אורגניזמים ביולוגיים כגון צמחים ותולעים לעתים קרובות יכולה להיות מאתגרת. בחירת אורגניזמים לימודים המתאימים היא בעלת חשיבות מיוחדת. חסר חוליות אדמת Eisenia fetida משמש לעתים קרובות כמודל אורגניזם יבשתי בניסויי זיהום בגלל מין זה הוא מסוגל לשרוד בריכוזים גבוהים של מזהמים אורגניים, נחקרו היטב, והוא רלוונטי מבחינה אקולוגית באזורים רבים בעולם 2, 28, 42 -46. חסרי חוליות קרקע לשחקתפקיד חשוב במטריצת האדמה, כפי שהם לבזות חומר אורגני, חומרים מזינים מחזור, ומים העברה. אספסת 'מיני הצמחים (M. sativa) ודלעת (ג פפו) נבחרו למבחני הנביטה כפי שהם גדלים בדרך כלל בקנדה והיה בשימוש בעבודה חינם שלנו בתיקון מזהם 2, 3, 47. תנאי חממה ל זרעים נובטים צריכים להיות במעקב צמוד כדי להבטיח תפקוד תקין של תאורה ולהימנע מתנודות טמפרטורה קיצוניות.

האפיון של biochar הוא חיוני ליישום המוצלח שלה כפרמטרים שנמדדו יציינו את האפקטיביות של biochars שונה עבור יישומים שונים (דהיינו, אם biochar מתאים לתפיסה מזהם, שיפור איכות קרקע, וכו 'תיקון מזהם). בגלל השיטות, כמפורט כאן זמינות באופן נרחב לניתוח קרקע, הם אמצעי יעיל וחסכוני לcharacterizatהיון של biochars, וצריך להיות מועסק לפני היישום בקנה מידה גדולה של biochar בתחום נרחב.

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

מדעי סביבה גיליון 93 biochar אפיון קיבוע פחמן תיקון הבינלאומי biochar Initiative (IBI) תיקון אדמה
פיזי, כימי וביולוגי אפיון Biochars שש הופק עבור התיקון של אתרים מזוהמים
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