Summary
O biocarvão é um material rico em carbono utilizado como correção do solo com a capacidade de sequestrar carbono de forma sustentável, melhorar a qualidade do substrato e contaminantes sorb. Este protocolo descreve os 17 métodos analíticos utilizados para a caracterização do biochar, que é exigido antes da implementação em larga escala destas alterações no ambiente.
Abstract
As propriedades físicas e químicas do biochar variar com base em fontes de matéria prima e condições de produção, tornando-se possível projetar biochars com funções específicas (por exemplo, seqüestro de carbono, melhoria da qualidade do solo, ou de sorção de contaminantes). Em 2013, a Iniciativa Internacional Biochar (IBI) disponibilizadas ao público a sua definição de produtos padronizados e orientações Testes de Produto (versão 1.1), que estabelecem normas relativas às características físicas e químicas para biochar. Seis biochars feitos a partir de matérias-primas de três diferentes e a duas temperaturas foram analisadas quanto a características relacionadas com a sua utilização como um condicionador do solo. O protocolo descreve análises das matérias-primas e biochars e inclui: capacidade de troca de cátions (CTC), área superficial específica (SSA), carbono orgânico (CO) e porcentagem de umidade, pH, distribuição de tamanho de partículas e análise imediata e definitiva. Também descrito no protocolo são as análises das matérias-primas e biochars para os contaminantes, incluindo os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs), bifenilos policlorados (PCB), metais e mercúrio, bem como nutrientes (fósforo, nitrito e nitrato de amónio e de azoto). O protocolo inclui também os procedimentos de testes biológicos, evasão de minhoca e testes de germinação. Com base no controle de garantia de qualidade / qualidade (QA / QC) resultados de espaços em branco, duplicatas, padrões e materiais de referência, todos os métodos foram determinados adequado para uso com biocarvão e como matéria-prima materiais. Todas as matérias-primas foram biochars e bem dentro do critério estabelecido pelo IBI e havia pouca diferença entre biochars, excepto no caso de o biocarvão produzido a partir de materiais de resíduos de construção. Este biochar (referido como Old biochar) foi determinada a ter níveis elevados de arsênico, cromo, cobre e chumbo, e não conseguiu evitar e germinação ensaios de minhoca. Com base nesses resultados, biochar Old não seria adequado para uso como correção do solo para o carbono sequestration, melhorias de qualidade de substrato ou de remediação.
Introduction
O biocarvão é um subproduto rico em carbono produzido durante a pirólise de matéria orgânica 1. Os juros, tanto publicamente como academicamente, na adição de biochar em solos, decorre de sua capacidade de melhorar a qualidade do solo e crescimento da planta 2, 3, de forma sustentável seqüestrar carbono 4, e sorb contaminantes nocivos 2, 3, 5-7, enquanto que oferecem simultaneamente alternativas para resíduos gestão e produção de energia por pirólise.
Biochars estão sendo produzidos por várias empresas e organizações em todo o mundo através de diferentes sistemas de pirólise. Os materiais utilizados para a produção de biochar incluem (mas não estão limitados a) aparas de madeira, esterco animal e resíduos de construção 1. Estas diferenças são esperadas, para alterar as propriedades físicas e químicas dos biochars e, assim, melhorar a sua capacidade de substratos, promover a estabilidade a longo prazo e aumentam as capacidades de sorção. Além disso, durante o processo de pirólise a ma biochary ficar involuntariamente contaminados com metais, PAHs e PCBs, como resultado de matérias-primas contaminadas ou condições inadequadas de pirólise. Portanto, antes de biochar pode ser aplicada em larga escala para o meio ambiente como correção do solo, caracterização cuidadosa do biochar para os contaminantes, área superficial específica, capacidade de troca catiônica, evasão de minhoca e germinação e outros sugeridos pela Iniciativa Internacional de biocarvão (IBI) deve ser conduzida. Em 2013, a primeira definição de produtos padronizados e Produto orientações Testes de biocarvão, que estabelece normas para as características físicas e químicas de biocarvão, foi publicado e disponibilizadas ao público.
A pesquisa mostrou que biochar produzido em uma estufa comercial em Odessa, ON, Canadá tem a capacidade de melhorar significativamente o crescimento das plantas em solos intensamente degradadas e sorb a poluentes orgânicos persistentes (POPs), tais como PCB 2, 3. Essa biochar foi produzido a partir de trêsdiferentes matérias-primas (ou seja, fontes de matéria orgânica), através de um sistema de caldeira, onde o calor gerado é usado para aquecer o seu funcionamento de efeito estufa durante os meses de inverno.
Este estudo fornece dados de caracterização pertinentes para a produção de biochar em uma caldeira de biomassa, bem como o uso de biochar como correção do solo. O objetivo deste estudo é caracterizar minuciosamente as características biológicas de seis biochars de acordo com as normas estabelecidas pela IBI em sua definição padronizada do produto e orientações Testes de Produto (versão 1.1) (2013) física, química e. Essas características serão ligados, sempre que possível, para o desempenho de cada biochar como alterações agrícolas e sua capacidade de Sorb contaminantes.
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Protocol
NOTA: As análises químicas foram realizadas na Unidade de Serviços Analíticos (ASU) na Escola de Estudos Ambientais da Universidade de Queen (Kingston, ON). A ASU é credenciada pela Associação Canadense de Acreditação de Laboratórios (CALA) para testes específicos listados no escopo de credenciamento. Outras análises, incluindo ensaios de estufa, foram realizados no The Royal Military College of Canada (Kingston, ON) no Departamento de Química e Engenharia Química.
1. Considerações Gerais
- Para assegurar a garantia de qualidade e controle de qualidade, analisar um em branco analítico e uma duplicata analítica, uma duplicata da amostra e um material de referência padrão com cada lote de amostras (tamanho máximo do lote 10) para os métodos no protocolo.
- Estabelecer amostras duplicadas quando de sub-amostragem a partir da amostra original e passar pela mesma preparação que as amostras desconhecidas. Certifique-se de que os valores duplicados são de 20% de cadaoutro ou repetir a análise. Certifique-se de que os resultados da análise dos espaços em branco estão abaixo dos limites de detecção do processo correspondente. Limites materiais de referência padrão dependia do método individual, mas garantir que eles são geralmente dentro de 15-30% do valor esperado.
NOTA: Em muitos dos métodos descritos no protocolo, os detalhes estão incluídos na ordem sugerida de análise da amostra incluindo calibradores, espaços em branco, padrões altos e baixos, e as amostras desconhecidas. Isso é para garantir que não haja contaminação cruzada entre as amostras e garantir um alto padrão de QA / QC.
NOTA: Seis biochars foram produzidas em uma estufa comercial e analisadas para os parâmetros biológicos químicos, físicos e. Os nomes de cada biochar refletir seus parâmetros de produção ou fonte de matéria-prima (Tabela 1).
2. Teste de Categoria A: Propriedades básicas Biochar utilitárias
- Umidade e Matéria Orgânica conteúdo
- Use a perda no processo de ignição forarevestida por Nelson e Sommers (1996).
- Incluir uma duplicata da amostra e material de referência padrão (Ottawa Areia) para cada 10 amostras desconhecidas.
- Rotular copos de 50 ml com o marcador resistente ao calor, forno secá-los a 105 ° C, deixe esfriar, em seguida, registrar o peso.
- Pesar 2 g de amostra seca ao ar no tubo de ensaio seco no forno. Amostra seca a 105 ° C durante 24 horas, em seguida, retire do forno e deixe esfriar.
- Quando esfriar, pesar o copo e da amostra (X = peso da amostra seca - peso do copo).
- Colocar a amostra na mufla e calor durante 16 horas cobrindo a 420 ° C. Retirar a amostra do forno e deixar arrefecer. Pesar o copo com amostra de novo e registrar o peso (Y = peso da amostra ashed - peso do copo).
- Realize os seguintes cálculos:
i) Perda ao rubro = XY
ii)% de umidade = ((Amostra de peso - X) / Peso da Amostra) x 100%
iii) Matt% Organicer = (Perda na Ignição / X) x 100%
- Use a perda no processo de ignição forarevestida por Nelson e Sommers (1996).
- Análise centesimal e Ultimate
NOTA: Para a análise centesimal / final, foram analisadas quatro amostras: Baixo, Alto, Fuel Standard e alta 2. Análise PAH foi realizado em Baixo, Alto e Padrão de Combustível. Estes foram escolhidos como representante dos biochars produzidos desde 2012.- Realizar Proximate e Ultimate análises a um estabelecimento comercial com base em métodos: D3172-13 ASTM 8 e D3176-09, Prática padrão para Proximate e Ultimate 9 Análise de carvão e coque, respectivamente.
- pH
- Calibrar a sonda pH diariamente antes do uso com padrões de calibração.
- Adicionar 0,25 g biochar para 25 ml água destilada e deionizada.
- Agitar manualmente durante 2 minutos, depois centrifugar durante 3000 xg durante 5 min.
- Recolher o sobrenadante para um tubo de ensaio de vidro e medida de pH.
- Distribuição do Tamanho de Partícula
- Analisar todas as amostras em triplicate via peneiramento a seco progressiva adaptado de ASTM D5158-98 10 usando sete peneiras US Standard e pan (4.7, 2.0, 1.0, 0.50, 0.25, 0.15, e 0,0075 milímetros)
- Grave o peso de cada peneira vazia e empilhar as peneiras na ordem do pan para 4,7 mm, com a peneira 4,7 milímetros estar no topo.
- Colocar 60 g de biocarvão na peneira 4,7 milímetros, colocar a tampa na parte superior e assegurar a pilha de peneiras no agitador.
- Agitar durante 10 min e registrar o peso de cada peneira. Reportam os dados em um arquivo do Excel como percentagem restante em cada peneira.
- Analisar todas as amostras em triplicate via peneiramento a seco progressiva adaptado de ASTM D5158-98 10 usando sete peneiras US Standard e pan (4.7, 2.0, 1.0, 0.50, 0.25, 0.15, e 0,0075 milímetros)
3. Teste Categoria B: Toxicant Relatórios
- Os testes de germinação
- Use o método de teste de germinação de sementes delineado por Solaiman et al. (2012) 11.
- Use papel de filtro e envasamento solo como controle positivo.
- Assegurar que os respectivos pesos de cada tratamento é de 3 g de biochar, 10 g de envasamento solo, e um pedaço de filter papel.
NOTA: Estes valores são baseados no volume da placa de Petri de modo a que cada prato é ~ 50% completa (em volume). - Em placas de Petri (8,5 cm de diâmetro), coloque cinco Cucurbita pepo spp. Pepo (abóbora) sementes e 50 Medicago sativa (alfafa) sementes em cada tratamento.
- Usando um cilindro graduado, adicionar 15 ml de água para todas as placas de Petri, em seguida, cobri-los com as respectivas tampas.
- Coloque as placas de Petri para a germinação sob a 14:10 hr (dia: noite) fotoperíodo fluorescente e manter a temperatura a 27 ºC (± 6 ºC).
- Após sete dias, registrar o número de sementes germinadas. Os resultados do relatório como% germinado por placa de Petri. Meça o comprimento radicular de sementes germinadas usando uma régua. Relatório comprimentos de raiz como uma soma para cada placa de Petri (cm / placa de Petri).
- Use o método de teste de germinação de sementes delineado por Solaiman et al. (2012) 11.
- Earthworm Avoidance
- Guarde Eisenia fetida em uma matriz do solo saudável composta de musgo de turfa e envasamentosolo e manter a umidade do solo em ~ 30%.
- Use método de evasão minhoca descrito por Li et al. (2011). Escolha minhocas de 0,3-0,6 g de tamanho.
- Para este ensaio, utilizar seis rodas de evitação (Figura 1) ou estrutura similar àquelas descritas no ambiente do Canadá aguda Evitar Teste (Environment Canada, 2004).
- Mix biochars separadamente usando uma pá e balde com envasamento do solo, a uma taxa de 2,8% (em peso).
- Preencha cada um dos seis compartimentos com 120 g de solo ou mistura de solo / biochar, com cada outro compartimento que serve como um controle sem alterações (Figura 1), ou seja solo sem biochar. Adicionar 10 vermes para o compartimento do meio round.
- Expor os vermes durante 48 horas mantendo a roda evasão coberto com folha de alumínio para evitar verme fuga. Manter as condições de temperatura para as rodas de evitação entre 20-25 ° C. Monitorar a umidade do solo e manter a ~ 30%. Após 48 horas remover os vermes e registrar sua localização na roda de evasão, ou seja, se eles estão no i) alteração ou ii) compartimentos sem alterações. Não reutilize vermes para testes futuros.
- Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs)
- Analisar PAHs por extração com solvente e GC-MS com base na EPA 8270 12.
- Bifenilos policlorados (PCB) Concentração
- Amostras secas (10 g) durante a noite a 25 ° C durante 18-24 h, em seguida, reduzindo-os a um pó fino (tamanho de partícula <0,15 mm) com 10 g de sulfato de sódio e 10 g de areia de Ottawa.
- Incluir uma análise em branco (Ottawa areia), um controle (uma quantidade conhecida de padrão PCB) e uma amostra analítica duplicado para cada 10 amostras desconhecidas.
- Coloque 2 g de amostra em Soxhlet dedal e adicione 100 decachlorobiphenyl ul (DCBP) como um padrão equivalente interno.
- Extrai-se as amostras em um aparelho de Soxhlet durante 4 horas a 4-6 ciclos por hora em 250 ml de diclorometano.
- Usando um cromatógrafo a gás equipado com um micro- 63 Ni detector de captura de elétrons (GC / μECD), uma coluna capilar de sílica fundida (30 m, 0,25 mm de diâmetro x 0,25 mm de espessura de filme) e software apropriado analisar extratos de biocarvão para o total Aroclors. Use hélio como gás transportador, a um caudal de 1,6 ml / min. Uso de nitrogênio como gás de maquiagem para o detector de captura de elétrons (ECD). Informar valores como ug / g de peso seco.
- Análise metal
- Amostras de ar seco para 18-24 hr e moer em um pó fino (tamanho de partícula <0,15 mm) com um almofariz e pilão.
- Usando ácidos concentrados de grau reagente, de calor de 0,5 g de amostra em 2 ml de 70% (w / w) de ácido nítrico e 6 ml de ácido clorídrico 38% (w / w), até que o volume é reduzido para 1-2 ml. Em seguida, faça-up a solução para 25 ml em um balão volumétrico usando água destilada e deionizada, filtrada através de um filtro Whatman No. 40 paper.
- Analisar amostras usando um espectrômetro de emissão simultânea com plasma indutivamente acoplado atômica (ICP-AES) com as seguintes normas / controles (veja o passo 3.5.3.1). Analisar padrões ICP multi-elemento e verifique erro% e coeficientes de correlação das curvas de calibração. Normas são comprados em misturas personalizadas com muitos elementos em cada padrão. Cada elemento tem uma curva de calibragem 3 ponto (por exemplo, o cádmio é executado a 0, 0,1, 1,0 e 5 ppm). Verifique curvas com padrões de verificação de calibração. Recalibrar aproximadamente a cada 18 amostras.
- Adicionar padrões internos (índio e escândio) 'on line' com amostras para verificar a estabilidade do instrumento. Analisar amostras com padrões de controle de qualidade adicional, incluindo materiais de referência certificados (de Bush, ramos e folhas; Branco couve e espinafre), método de blanks (adicionar ácidos a um tubo de digestão vazio e tratá-los como descrito no ponto 3.5.2 acima), duplicatas analíticos, e duplicados de campo.
- Mercúrio
- Garantir a instrumentação atenda os critérios definidos em US EPA Method 7473 e permite a medição direta de mercúrio
- Pesar 100 mg de biochar seca ar-solo (tamanho de partícula <0,15 mm) em quartzo ou níquel pesar barcos.
- Usar uma solução de estoque de ICP-AES de 1000 ug / ml de Hg e ácido clorídrico a 5% em água desionizada dupla (DDI) para fazer estoques de trabalho (5 ug / ml, 1 ng / ml, 0,1 ug / mL, 0,01 ug / ml) e padrões de calibração.
- Use um barco vazio limpo como um método em branco. Analisar amostras começando com um método em branco, Low QC (20 ng Hg - 20 l de 1 ng / ml Hg), em branco, alta QC (200 ng Hg - 40 ul de 1 ng / ml Hg), em branco, em branco, padrão de referência Materiais (MESS-3), em branco, MESS-3, em branco, amostra 1, em branco, Amostra 2, em branco, Amostra 2 dup, Blank, Amostra 3, em branco, etc.
- Coloque os barcos na câmara de instrumento em que a amostra se decompõe termicamente em uma continuous fluxo de oxigênio.
NOTA: Os produtos de combustão irá então ser retirado de dentro do fluxo de oxigénio e, em seguida, ainda mais decompostos em um leito de catalisador quente. Vapores de mercúrio vai ser preso em um tubo de ouro e, subsequentemente, amalgamador dessorvida para a quantificação espectrofotométrica a 254 nm.
4. Teste Categoria C: Biochar Análise Avançada e Solo Propriedades Enhancement
- Amônio como o nitrogênio
NOTA: O método utiliza a reacção de Berthelot em que os sais de amónio em solução reagem com o fenóxido. A adição de hipoclorito de sódio provoca a formação de um composto de cor verde. O nitroprussiato de sódio é adicionado para intensificar a cor.- Pesar 5 g de amostra seca ao ar-terra (tamanho de partícula <0,15 mm) para um balão de Erlenmeyer de 125 ml. Adicionar 50 ml de 2 M (0,01% (V / V) de KCl. Colocar os frascos num agitador rotativo durante 1 hora a 200 rpm. Depois de agitação é completa, filtra-se as amostras através de papel Whatman N ° 42 do filtro em 100 ml plfrascos ASTIC.
- Preparar soluções reagentes:
- Fenol Alkaline - medida 87 ml de fenol liquefeito em 1-L volumétrica preenchido 2/3 com água DDI. Adicionar NaOH 34 g, completar o volume com água DDI.
- Solução de hipoclorito - usando graduada de 100 ml medida cilindro de 31,5 ml de água sanitária comercial (5-10%) e preencher a 100 ml com água DDI. Transferir para engarrafar e adicionar 1,0 g de pastilhas de NaOH e permitir que eles se dissolvem.
- Solução de EDTA - dissolver 32 g de EDTA de di-sódio e 0,4 g de NaOH em 1-L volumétrica 2/3 cheio com água DDI. Adicionar 0,18 g nitroprusside e dissolver por agitação. Completar o volume com água DDI e adicionar 3 ml Triton (10%).
- Adicione padrões de calibração (0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 1,0, e 2,0 ug / ml Concentração N) utilizando grau de reagente de NH 4 Cl e água DDI. Prepare padrão de referência a partir de uma fonte QC grau de reagente de cloreto de amónio diferentes a partir da fonte usada para fazer as normas.Use água deionizada dupla como os espaços em branco.
- Comece a executar o auto-analisador. Projete cada corrida para começar com o alto padrão (2,0 ug / ml N) x 2, Padrões de Calibração (alto a baixo), Method em branco, alto padrão, baixo padrão (0,1 ug / ml N) x 2, água de lavagem, QC Referência Amostra x 2, Samples, Sample duplicado, e alto padrão., e lavagem com água.
NOTA: O software auto-analisador calculará automaticamente concentrações no extrato. - Calcular a concentração Biochar = (extrato de concentração x 50 ml (KCl)) / 5 g Biochar Sample.
- KCl extraível nitrito e nitrato por Autoanalyzer
NOTA: O método colorimétrico de Griess Ilosvay utiliza a reacção de iões nitrito com sulfanilamida em condições ácidas para formar um composto diazo. O composto reage ainda com N -1-naphthylethylenediamine dicloridrato para formar um corante magenta azo. Nitrato na amostra é convertido em nitrito através da exposição a um agente redutor(Neste caso, uma redução de cobre de cádmio-coluna). Isto dá uma medida da concentração de nitrito + nitrato na amostra.- Pesar 5 g de amostra seca ar chão (tamanho de partícula <0,15 mm) em erlenmeyer de 125 ml. Adicionar 50 ml de 2 M (0,01% (V / V)) KCl. Colocar os frascos num agitador rotativo durante 1 hora a 200 rpm. Após agitação é completa, filtra-se as amostras através de papel Whatman N ° 42 de filtro em tubos de ensaio de plástico de 100 ml.
- Deixar os reagentes (Cloreto de amónio e reagente de cor) a aquecer até à temperatura ambiente.
- Ligue colorímetro para deixar a lâmpada aquecer. Armazenado dentro do analisador automático são linhas reagente marcado cloreto de amônio, reagente de cor e água; ligar a bomba e deixe a água correr através do sistema, verificar todas as linhas de bomba de tubulação para o bom funcionamento.
- Uma vez que o sistema foi equilibrada, linhas lugar nos respectivos reagentes e permita a entrada de 5-10 min. Ligue o gravador gráfico. Espere por base a se estabilizar, e definido para o dia 10
- Prepare 100 ug / ml de nitrato e nitrito QC Banco de Normas de KNO 3 e NaNO 2 e água DDI, respectivamente. Para tornar a 10 ug / ml Intermediate Padrão, adicionar 5 ml / solução estoque 100 ug ml para balão volumétrico de 50 ml e completar o volume com 0,01% de KCl. Para fazer Padrões de Calibração combinar 0,01% de KCl e o padrão intermediário 10 ug / ml preparada em balões volumétricos de 25 ml para fazer padrões de calibração (0,05, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2 ug / ml NO 3 ou NO 2). Use KCl para método espaços em branco.
- Prepare picos utilizando 5 g de areia de Ottawa (material inerte) e adicionar 0,05 ml de 1,000 ug / ml QC norma apropriada para um resultado final de 10 mg de N / kg de amostra. Faça um combinado NO 3 + NO 2 spike por spiking uma única amostra com 0.025 ml de cada / ml estoque padrão QC 1.000 mg. Prepare um spike amostra por run por spiking 5,0 g da amostra biochar desconhecido com 0,025 ml do apropriada 1,000 ug / ml estoque padrão QC.
- Comece a correr análise. Incluir um conjunto completo de padrões de calibração, duas amostras de CQ de referência, pelo menos, dois espaços em branco de KCl, e pelo menos dois Standards nitrito, um conjunto de Ottawa Spikes de areia e espaços em branco e um aumento da amostra em cada corrida.
NOTA: As normas podem ser novamente como marcadores entre cada 5 amostras desconhecidas e para verificar os valores para a preparação da curva padrão. - Repetir a 2,0 ug / ml de padrão no fim de cada ensaio. Executar amostras em duplicado a uma taxa mínima de 10%. Executar Nitrito + Análise Nitrato primeiro, seguido pela análise de nitrito.
- Record sobre as alturas de pico Nitrito Nitrate planilha de todos os padrões, cheques CQ e amostras. Use o número de unidades de gráfico como a medição da altura. Para calibrar a instrumentação, as alturas relativas dos padrões. Certifique-se que o valor de R 2 encontra-se acima de 0,99, se não voltar a executar as normas.
- Calcula-se a concentração das amostras utilizando o formulum:
Extrato de Concentração = (Peak Altura - Interceptação da curva de calibração / Curva de Calibração Slope) x Diluição
O biocarvão Concentração = (Extract Concentração x 50 ml (KCl)) / 5 g Biochar Amostra - Subtrair a concentração de nitrito estimada a partir da concentração de nitrato mais nitrito a nitrato de calcular.
- O fósforo extraível (2% de extracção com ácido fórmico)
NOTA: O software auto analisador calcula automaticamente concentrações. A informação de calibração relatórios de software, qualidade do ajuste da curva de calibração, as concentrações em todas as amostras, calibradores, espaços em branco e amostras de CQ que foram executados.- Antes de armazenar amostras análise em um recipiente de vidro limpo ou saco de plástico estéril. Manter as amostras refrigeradas e analisar dentro de duas semanas ou manter congelado por até um ano.
- Fazer todos os padrões e QC norma com o mesmo fluido de extracção que é utilizado para as amostras. Use Estuarino Sedimentos como REFERÊ padrãomaterial de dno e em cada banho de amostras incluem dois espaços em branco a ser extraído.
- Usando um volumétrico de 1 L cheio até 750 ml com água DDI, adicionar 20 ml (98-99%) de ácido fórmico e preencher até ao volume com água DDI.
- Adicionar 1,0 g de amostra seca ao ar-terra (tamanho de partícula <0,15 mm) para um balão de Erlenmeyer de 125 ml. Adicionar 50 ml de solução de ácido fórmico a 2%. Colocar os frascos sonicador durante 10 min, em seguida, transferir para agitador rotativo durante 1 hora a 200 rpm. Após agitação, amostras de filtro usando papel de filtro Whatman No. 42 em um outro conjunto de frascos de Erlenmeyer de 125 ml.
- Prepare Normas e Spikes:
- Prepare a 1.000 ng / ml QC da Norma de ortofosfato monopotássico e água DDI. Use o CQ da Norma para fazer os padrões de calibração (5 ug / ml, 1 ng / ml, 0,5 ug / ml, 0,2 ug / ml, 0,1 ug / ml). Use 0,100 ml do QC padrão para fazer o QC de Spike. Para fazer uma QC padrão Verifique, adicionar 0,100 ml do QC da Norma para a 50 ml volbalão umetric e torná-lo o volume com KCl.
NOTA: Este é um 0,2 ug / ml concentração de diluição. - Use Estuarino sedimentos, QC amostra de referência. Use 0,01% de KCl como o método em branco.
- Prepare a 1.000 ng / ml QC da Norma de ortofosfato monopotássico e água DDI. Use o CQ da Norma para fazer os padrões de calibração (5 ug / ml, 1 ng / ml, 0,5 ug / ml, 0,2 ug / ml, 0,1 ug / ml). Use 0,100 ml do QC padrão para fazer o QC de Spike. Para fazer uma QC padrão Verifique, adicionar 0,100 ml do QC da Norma para a 50 ml volbalão umetric e torná-lo o volume com KCl.
- Analisar no sistema auto-analisador. Definir amostras acima como Primer (Alto Padrão (0,5 ug / ml), calibradores (5 mg / ml, 1 mg / ml, 0,5 mg / ml, 0,2 mg / ml, de 0,1 ng / ml), em branco, nulo, Alto Padrão ( 0,5 ug / ml), baixo padrão (0,1 g / ml), baixo padrão (0,1 g / ml), Null, QC (Amostra de Referência / Estuarino de sedimentos), QC (Amostra de Referência / Estuarino de sedimentos), Método Blank, amostra 1, Amostra 2, Amostra 2 Dup, Amostra 3 etc., alto padrão, Null.
- Em cada lote de amostras também extrair duas peças preliminares: uma é uma calibração em branco e é para ser colocado na estante padrão do amostrador automático, o outro é um método em branco e é para ser colocado no tabuleiro das amostras.
- Área Superficial Específica
NOTA: Analysis para Brunauer Emmett Teller-(BET) área de superfície foi realizado no Chemical Biological Radio Nuclear (CBRN) Lab Proteção à RMC. O método utiliza N análise de sorção de gás 2 a 77 K numa gama de pressões relativas 0,01-,10 após desgaseificação a 120 ° C durante um mínimo de 2 horas. Uma amostra duplicado foi analisada para cada seis amostras desconhecidas. As amostras não são moídos em forma de pó antes da análise.
NOTA: Os tempos de desgaseificação e pressões são específicos para fabricante do instrumento e do método desde que tenha sido previamente validado com carvões activados alta temperatura. - Trocáveis (CEC)
- Siga o método de acetato de sódio para CEC descrito por Laird e Fleming (2008) para calcular CEC.
- Incluir um em branco analítico (água DDI), material de referência padrão (Ottawa Areia) e duplicar a cada 10 amostras.
- Prepare saturando a solução (1 M NaOAc pH 8,2) por dissolução de 136,08 g de NaOAc. 3H 2 Oem 750 ml de água destilada e desionizada. Ajustar o pH para 8,2 por adição de ácido acético ou hidróxido de sódio. Dilui-se a 1 L com água DDI.
- Prepare a primeira solução de lavagem (80% de isopropanol (IPA)) por combinação de 800 ml de IPA com 200 ml de água destilada, desionizada. Em seguida, preparar a segunda solução de lavagem (100% IPA).
- Preparar a solução de substituição (0,1 M NH 4 Cl) por dissolução de 5,35 g de NH 4 Cl em 1 L de água destilada e desionizada.
- Pesar 0,2 g de amostra (seca ao ar, não moída) para um tubo de centrífuga de 30 ml. Ao mesmo tempo, pesar 0,5 g da mesma amostra de ar seco a uma pré-secagem pesava panela de alumínio. Colocar a amostra no recipiente de secagem de alumínio no forno a 200 ° C durante 2 horas, arrefecer num excicador e pesa-se novamente para determinar o teor de água da amostra seca ao ar. Utilize essa amostra para o cálculo do fator de correção do teor de água, F (passo 4.4.1.10).
- Adicionar 15 ml da solução satura, vórtice, depois centrifugar a 3000xg durante 5 min. Decantar e cuidadosamente descartar o sobrenadante para garantir que não haja amostra está perdido. Repita este passo mais duas vezes.
- Adicionar 15 ml da primeira solução de lavagem. Agitar em vórtice e centrifugação a 3000 xg durante 5 min. Decantar e descartar cuidadosamente o sobrenadante. Repetir este passo várias vezes, cada vez que a medição da condutividade eléctrica da solução sobrenadante. Quando a condutividade do sobrenadante a condutividade cai abaixo de NaOAc saturado com IPA (~ 6 mS / cm), mudar para a segunda solução de lavagem. Continue a enxaguar a amostra até que a condutividade do sobrenadante cai abaixo de 1 mS / cm.
- Deixar a amostra secar ao ar num exaustor de fumos, em seguida, adicionar 15 ml da solução de substituição. Agitar em vórtice e centrifugação a 3000 xg durante 5 min. Decantar e salvar o sobrenadante para um balão volumétrico de 100 ml. Repetir esta etapa mais três vezes, cada guardando o sobrenadante para o mesmo balão volumétrico de tempo. Então traga a volumétrica para 100 ml com água destilada, deionizada water.
- Analisar o teor de sódio por meio de espectrometria de emissão de plasma indutivamente acoplado-atómica (ICP-AES), como descrito anteriormente.
- Realize os seguintes cálculos:
F = (peso seco em estufa, o ar seco da amostra - peso de ar seco da amostra)
C = concentração de Na (mg / L) no balão volumétrico de 100 ml
W = peso (g) de amostra, seca ao ar adicionado ao tubo de centrífuga
CEC = (C x 0,435) / (W x F) (cmol / kg)
- Siga o método de acetato de sódio para CEC descrito por Laird e Fleming (2008) para calcular CEC.
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Representative Results
Um resumo de todos os resultados, incluindo uma comparação com os critérios estabelecidos pelo IBI 13 podem ser encontrados nas Tabelas 1 (resumo), 2 (New, alta, baixa, Third matéria-prima e de alta biochars 2) e 3 (biochar Velha). Todas as matérias-primas utilizadas biochars e em 2012 e 2013 (Tabela 2) foram bem dentro do critério estabelecido pela IBI e havia pequenas diferenças entre biochars. Biochar Velho (Tabela 3), o primeiro biochar submetido a ensaio, foi feita a partir de paletes de transporte utilizados e resíduos de construção e estava determinado a ter níveis elevados de metais arsênico, cromo, cobre e chumbo. Biochar Old também tiveram os mais baixos níveis de carbono orgânico (63,2%), conforme determinado pela perda de ignição. Este biocarvão tinham os maiores níveis de fósforo extraível (850 mg / kg) e CEC (34,8 cmol / kg), assim como a percentagem mais elevada de partículas finas (<0,5 mM, 48%). Biochar Old também foi o único a biocharfalhar no teste de germinação (Figura 3) e foi determinado que Eisenia fetida (invertebrados do solo) evitados significativamente a 2,8% alteração biochar Velho, ao passo que eles preferiram a alteração de 2,8% do New biochar (Figura 2).
Teste de Categoria A: Propriedades básicas Biochar utilitárias
Produção biocarvão via pirólise é essencialmente a carbonização de biomassa. O processo de carbonização permite a transformação de moléculas orgânicas estruturados de madeira e celulose materiais em carbono, ou resíduos contendo carbono, que são muitas vezes aromático na natureza 14-18. A carbonização é obtido através da eliminação de água e de substâncias voláteis a partir da matéria-prima de biomassa, devido à acção do calor durante o processo de pirólise 19. Todos os biochars produzidos na estufa comercial continha uma percentagem de humidade relativamente baixo (<5%), com a excepção de Oldbiochar. Todos os biochars são categorizados pelo IBI como Classe A (> 60%) em termos da sua composição de carbono orgânico, como um resultado de carbonização completa do material de alimentação através de pirólise. Assim, devido à elevada percentagem de carbono orgânico, todos biochars produzidos têm um baixo teor de cinzas (<2,5%), que é o componente inorgânico ou mineral do biocarvão 13. Embora estes biochars baixo teor de cinzas não proporcionar quantidades substanciais de nutrientes directamente ao solo como fazer o seu biochar de alta cinzas (muitas vezes feitas de adubos e ossos) vias; o teor de carbono destes biochars é muito mais elevado e, portanto, há muito maiores capacidades de retenção de nutrientes a longo prazo 20-22.
A razão entre hidrogénio e carbono (H: C) é um termo frequentemente utilizado para medir o grau de maturação e aromaticidade do biocarvão, que tem sido associada à sua estabilidade a longo prazo no ambiente de 18. Como matéria-prima de biomassa contendo celulose and lignina, os H: rácios C são aproximadamente 1,5. No entanto, a pirólise desses materiais a temperaturas superiores a 400 ° C deverá produzir biochars com H: rácios C <0,5. Tem sido relatado que uma proporção H: C <0,1 indica uma estrutura de grafite semelhante no biocarvão 23. Todos os biochars neste relatório têm H: rácios C inferior a 0,02, o que indica que estes são altamente biochars aromático em natureza e têm estabilidade a longo prazo no ambiente.
O pH do solo é uma medida da acidez do solo, e, infelizmente, muitos solos agrícolas no Canadá e em todo o mundo são ácidas (pH <7), o que significa que eles não são ideais para o crescimento das culturas. Biochars com um pH alcalino (7>), tais como os que são produzidos na estufa, pode ser adicionado a solos ácidos a aumentar o pH do solo a níveis que são mais apropriadas para o crescimento da planta.
Outra característica importante do solo para o crescimento da planta é a distribuição de tamanho de partícula (PSD). Biochars que têm uma maior percentagem de partículas grosseiras podem aumentar favoravelmente o arejamento do solo e evitar o movimento biocarvão no subsolo ao longo do tempo, aumentando assim a duração do tempo biocarvão oferece benefícios para o crescimento da planta 24. No entanto, tamanhos de partículas menores são favorecidos pela biochars que estão sendo produzidos para fins de correção com a intenção de baixa adsorção contaminantes e minimizar a sua biodisponibilidade, como contaminantes são mais facilmente capazes de acessar espaço poroso para a ligação 3,25, 26. Também partículas menores tamanhos aumentos o número de partículas de biocarvão por unidade de volume de solo, o que é favorável para sorção de contaminantes 27. Como no estudo anterior 3, as partículas finas são definidos como aqueles <0,25 mm e partículas grossas como> 0,5 mm. Os biochars nomeados Novo-, de alta e Terceiro matéria-prima tem uma alta proporção de partículas grossas (~ 98%), e uma baixa proporção de partículas finas (~ 2%). O biochar produzido a uma temperatura ligeiramente inferior, com 89% e 11% grosseiras partículas finas tamanhos. Todos esses biochars pode oferecer melhorias substanciais para a textura do solo e aeração especialmente em solos de tipo degradadas ou de barro. The Old biochar teve um PSD que diferem substancialmente dos demais, tendo 52% grossa e 48% de partículas finas. A biochar com este PSD pode ser preferível para uso em locais contaminados, onde sorção de contaminantes é o foco principal.
Teste de Categoria B: Toxicant Relatórios
Os testes biológicos de biochar é importante para avaliar a toxicidade (se houver) desses materiais para invertebrados do solo e das plantas. Até o momento, há pouca literatura existente sobre o impacto potencial de biochar em organismos terrestres e sua resposta associada, e muitas vezes a literatura que não existe apresenta resultados conflitantes. A exposição a contaminantes podem inibir minhocas capacidade de realizar funções essenciais do solo, como decomposition, mineralização de nutrientes e estrutura do solo melhorias 28. New biochar não mostraram efeitos prejudiciais sobre a minhoca Eisenia fetida como avaliado por evasão de minhoca, porém vermes evitados significativamente biochar Velho (Figura 2). Os ensaios de germinação são uma técnica utilizada para avaliar a toxicidade de um determinado material de plantas. Envasamento solo serviu como um controle melhor do que papel de filtro como o papel de filtro a formação de mofo, muitas vezes incentivada. Abóbora e alfafa sementes germinam e com 67% ± 12% e 81% ± 6% de germinação, respectivamente. Raízes também proliferaram bem com comprimentos médios após sete dias sendo 14 cm ± 0,6 centímetros e 55 centímetros ± 8 centímetros para abóboras e alfafa, respectivamente. Tal como acontece com os estudos de prevenção de minhoca biochar Old mostraram toxicidade às plantas e todos os outros biochars avaliados não apresentaram efeitos prejudiciais à germinação medida pela porcentagem de germinação e comprimento de raízes, depois de sete dias (Figura 3
Embora alguns tipos de biochar tem o potencial para Sorb contaminantes orgânicos e reduzir a sua toxicidade no ambiente, é necessária caracterização cuidadosa do biocarvão para garantir que ele não contenha contaminantes prejudiciais, tais como os PAH, PCB, e metais, como resultado de matérias-primas contaminadas ou condições de pirólise. Nenhum dos biochars produzidas na estufa apresentaram concentrações de PAH superiores orientações IBI. Biochar Old estava determinado a ter níveis elevados de PCB e do arsénio metais, cromo, cobre e chumbo, no entanto, nenhum dos biochars produzidos a partir dos outros dois materiais de biomassa contida metais acima diretrizes IBI. Biochar Velha foi produzido a partir de paletes de transporte utilizados e resíduos de construção, que é provavelmente a fonte da contaminação por metais. Embora biochar Old não seria adequado para uso em solos agrícolas ou hortas, todos os outros biochars poderia ser usado para esses fins.
Teste CateC sangrento: Biochar Análise Avançada e Solo Propriedades Enhancement
Biochars contendo uma alta concentração de nitrato de amónio e pode ser aplicada a solos agrícolas para compensar os requisitos para fertilizantes sintéticos. No entanto, se o biochar contém um excesso destes compostos de azoto, em seguida, aplicação em grande escala poderia aumentar a N 2 O concentração atmosférica e contaminar fontes de água potável com nitratos. Nenhum dos biochars estudados continha quantidades elevadas de amónio ou nitrato.
O fósforo é um elemento essencial para muitos processos fisiológicos relacionados com a utilização de energia apropriada em ambas as plantas e animais. Biochars com quantidades moderadas de fósforo disponível atuará fertilizantes para plantas como importantes. Em Ontário, solos que contenham fósforo 15-30 mg / kg são considerados baixos, 31-60 mg / kg moderada, e 61-100 mg / kg de alta. Biochar Old era mais elevada em fósforo disponívela 850 mg / kg e pode não ser adequado para a adição de solos já classificados como de alto teor de fósforo. No entanto, todos os outros biochars testados tinham uma quantidade muito menor de fósforo disponível e não seria de esperar que causem problemas quando acrescentado a taxas de até 10% (w / w).
Os componentes do biochar (exceto umidade) que são liberados durante a pirólise são referidos como matéria volátil. Esses componentes são geralmente uma mistura de hidrocarbonetos de cadeia curta e longa, os hidrocarbonetos aromáticos com pequenas quantidades de enxofre. Matérias voláteis foi determinada através de análise de aproximação que também determina o conteúdo do biochars (Seção 2.2) de umidade e cinzas. O teor de componentes voláteis afecta a estabilidade do material 29, a sua disponibilidade e o crescimento da planta 30. Em teoria, biochars elevado teor em matérias voláteis são menos estáveis e têm uma maior proporção de carbono lábil que fornece energia para o crescimento microbiano e limita a disponibilidade de azoto necessário parao crescimento das plantas. Um estudo realizado por Deenik et al., (2010) considerou a matéria volátil de 35% a ser elevada (induzir a deficiência de azoto), e a matéria volátil de 10% a ser baixo. Todos biocarvão neste relatório continha matéria volátil inferior a 20%, e, por conseguinte, não seria de esperar para limitar o crescimento das plantas. Determinação análise imediata da matéria volátil é mais importante para biochars com concentrações baixas de cinzas, como as produzidas na estufa comercial.
Área superficial específica (SSA) é uma medida da porosidade de um biocarvão. Isso inclui não só a área da superfície externa biocarvão, mas também a área de superfície dentro dos poros e é uma característica importante utilizado para prever a capacidade de um biocarvão para Sorb contaminantes orgânicos. Sorção contaminante tem sido atribuída a interacções π-π (ligação atraente, não-covalente) entre o anel aromático (s) do contaminante e aqueles do biocarvão 31. Carvão ativado (CA) é um tapete de carvão-likeerial que é tratado durante a sua produção para maximizar a sua porosidade e, por conseguinte, tem SSA mais elevados do que a maioria biochars. Apesar de tudo o de biochars apresentados neste relatório tem SSAs na faixa de 300 m 2 / g (ou seja, muito menos do que o de AC; ~ 800 m 2 / g), como relatado na Denyes et al, 2012 e 2013, os biochars. , velho e novo, tem mostrado tanto potencial significativo para servir como uma correção do solo para a remediação de PCBs.
Capacidade de permuta catiónica (CEC) é uma medida do número de catiões (iões carregados positivamente) que uma das partículas do solo é capaz de reter a um dado pH. A capacidade do solo para conter catiões é devido a interacções electrostáticas com os locais negativamente carregados na superfície de uma partícula, tal como grupos hidroxilo (OH -) e carboxilo (COO -). Grupos 32, 33 A CEC do solo pode ser ligada para a capacidade do solo para reter nutrientes e reter catiões dos fertilizantes que são essêncial para o crescimento das plantas. Além disso, muitos contaminantes ambientais, tais como chumbo, cádmio e zinco têm cargas positivas; portanto, solos com alta CEC pode funcionar para evitar a lixiviação desses contaminantes em fontes de água potável. Biochars têm sido relatados para aumentar a CTC de solos, devido à oxidação lenta da superfície do biocarvão que aumenta o número de sítios de carga negativa e, portanto, pode reduzir as necessidades de fertilizantes e imobilizar contaminantes carregados positivamente em solos 32. Tipicamente, solos arenosos têm um CEC entre 1-5 cmol / kg, solos francos 5-15 cmol / kg, do tipo argila solos> 30 cmol / kg e orgânicos importa 200-400 cmol / kg. Os métodos para a determinação do CEC de biochar ainda estão em sua infância e, portanto, deve ser considerada em termos relativos. O CEC dos biochars produzidas na estufa são mais altos do que o CEC de solos contaminados com PCB (Denyes et al., 2012), mas menor do que solos de compostagem alterado.
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Figura 1. Earthworm roda evitar. As rodas são produzidos a partir de aço e os vermes estão autorizados a circular ao longo dos compartimentos através de múltiplos orifícios que são aproximadamente 5 cm de diâmetro.
Figura 2. Earthworm ensaio evasão de antigos e novos biochars tipo. O biochar intitulado "Old" foi produzido através de resíduos de construção, enquanto que os títulos de biocarvão "Novo" foi produzido a partir de materiais de serragem. * Indica uma diferença significativa entre envasamento solo sem alterações e envasamento solo alterado com 2,8% de qualquer biochar (p <0,05).
Figura 3. Porcentagem de germinação de duas espécies diferentes de plantas. Abóbora (Cucurbita pepo spp. Pepo) e alfafa (Medicago sativa) foram cultivadas em triplicado em vários biochars produzidas em uma estufa comercial por sete dias. Antigo e Novo referem-se a biochars feitas a partir de diferentes matérias-primas, enquanto baixo e alto se referem a diferentes temperaturas de pirólise. * Indica diferença significativa entre os controles (envasamento solo e filtro de papel).
| Amostra | Matéria-prima | A pirólise de temperatura | Matéria Orgânica (LOI) | pH | CEC | PSD | PSD | SSA |
| Grosseiro | Bem | |||||||
| ° C | % | Cmol / kg | % | % | m 2 / g | |||
| Velho | 1 | > 700 | 63,2 | 9.3 | 34,8 | 51,7 | 48.3 | 373,6 |
| Novo | 2 | 700 | 97,8 | 9 | 16 | 98.7 | 1.3 | 324,6 |
| Baixa Temp | 2 | 500 | 96,7 | 8,7 | 15.9 | 86,2 | 13.8 | 336,9 |
| Alta Temp0; | 2 | > 700 | 97.9 | 8.4 | 11.1 | 98.1 | 1,9 | 419,5 |
| Terceiro Matéria-prima | 3 | 700 | 96,2 | 9,6 | 13.2 | 97,6 | 2.4 | 244,4 |
| Alta Temperatura-2 | 3 | > 700 | 97.1 | 9.1 | 17.1 | 97.9 | 1,9 | 428 |
| LOI: Perda na ignição, CEC: trocáveis, PSD: Particle Size Distribution, SSA: área superficial específica | ||||||||
Tabela 1. Tipo de matéria-prima, da temperatura de pirólise e as características físicas dos seis biochars.
| Exigência | IBI | O biocarvão | Faixa de matéria-prima | Unidade | |
| Critérios | Alcance | ||||
| Teste de Categoria A: Básico Biochar Propriedades Utilidade - Obrigatório para todos os biochars | |||||
| Umidade | Declaração | <0,1-4,3 | % | ||
| Carbono Orgânico | Classe 1> 60% | 96,2-97,8 (LOI) | % | ||
| Classe 2> 30% | 92,44-97,93 (Pro / Ult) | ||||
| Classe 3> 10 <30% | |||||
| H: C org | 0,7 max | 0,01-0,02 | Relação | ||
| Total de Ash | Declaração | 1,38-2,26 | % | ||
| Total N | Declaração | 0,28-1,06 | % | ||
| pH | Declaração | 8,4-9,6 | pH | ||
| Distribuição do Tamanho de Partícula | Declaração | 86-98 | % Grosso | ||
| 1,3-14 | % | ||||
| Bem | |||||
| Teste de Categoria B: Toxicant Reporting- exigido para todos os Insumos | |||||
| Germinação | Aprovado / Reprovado | Passe | |||
| Earthworm Avoidance | Declaração | Sem Avoidance | |||
| Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) | 6-20 | <2.0 | mg / kg | ||
| Bifenilos policlorados (PCBs) | 0,2-0,5 | <0,1 | mg / kg | ||
| Arsênico | 12-100 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Cádmio | 1,4-39 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Crômio | 64-1,200 | <2.0 | <2,0-2,6 | mg / kg | |
| Cobalto | 40-150 | <1,0 | <1,0 | mg / kg | |
| Cobre | 63-1,500 | 3,6-6,5 | <2,0-5,9 | mg / kg | |
| Chumbo | 70-500 | <2,0-2,7 | <2,0-8,1 | mg / kg | |
| Mercúrio | 1,000-17,000 | <5,0-294 | ng / g de | ||
| Molibdênio | 5-20 | <2.0 | <2.0 | mg / kg | |
| Selênio | 1-36 | <10 | <10 | mg / kg | |
| Zinco | 200-7,000 | 5,6-56,2 | 7,8-30,5 | mg / kg | |
| Cloro | Declaração | mg / kg | |||
| Sódio | Declaração | 137-878 | <75-770 | mg / kg | |
| Teste Categoria C: Biochar Análise Avançada e Solo Enhancement Properties- opcional para todos os biochars | |||||
| Mineral N (de amônio e nitrato) | Declaração | <0,2-6,1 | mg / kg | ||
| Fósforo Total | Declaração | 69,5-276 | 52,5-74 | mg / kg | |
| Disponível Phosphorus | Declaração | 9-80 | mg / kg | ||
| Matéria Volátil | Declaração | 12,47-19,09 | % | ||
| Área Superficial Específica | Declaração | 244-428 | m 2 / g | ||
| Cátions Exchange Capacity | Declaração | 11,1-17,1 | Cmol / kg | ||
Tabela 2. Critérios Resumo e Características de Novo, alto, baixo, Terceira e de alta 2 biochars e Insumos. Todos os biochars listados nesta tabela são produzidos a partir de matérias-primas similares na mesma instalação de pirólise.
| Exigência | IBI | O biocarvão Gama | Faixa de matéria-prima | Unidade |
| Critérios | ||||
| Teste de Categoria A básicos Biochar Propriedades Utilidade - Obrigatório para todos os biochars | ||||
| Umidade | Declaração 20 | % | ||
| Carbono Orgânico | Classe 1> 60% | 63,2 (LOI) | % | |
| Classe 2> 30% | ||||
| Classe 3> 10 <30% | ||||
| H: C org | 0,7 max | Relação | ||
| Total de Ash | Declaração | % | ||
| Total N | Declaração | % | ||
| pH | Declaração | 9.3 | pH | |
| Distribuição do Tamanho de Partícula | Declaração | 52 | % Grosso | |
| 48 | % Bem | |||
| Test Categoria B: Toxicant Reporting- exigido para todos os Insumos | ||||
| Germinação | Aprovado / Reprovado | Falhar | ||
| Earthworm Avoidance | Declaração | Evitado | ||
| Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) | 6-20 | mg / kg | ||
| Bifenilos policlorados (PCBs) | 0,2-0,5 | 1.2 | mg / kg | |
| Arsênico | 12-100 | 167 | <1,0 | mg / kg |
| Cádmio | 1,4-39 | <1,0 | <1,0 | mg / kg |
| Crômio | 64-1,200 | 206 | <20 | mg / kg |
| Cobalto | 40-150 | 5.3 <5.0 | mg / kg | |
| Cobre | 63-1,500 | 558 | <5.0 | mg / kg |
| Chumbo | 70-500 | 314 | <10 | mg / kg |
| Mercúrio | 1,000-17,000 | <5.0 | ng / g de | |
| Molibdênio | 5-20 | <2.0 | <2.0 | mg / kg |
| Selênio | 1-36 | <10 | <10 | mg / kg |
| Zinco | 200-7,000 | 498 | <15 | mg / kg |
| Cloro | Declaração | mg / kg | ||
| Sódio | Declaração | 6460 | <75 | mg / kg |
| TesteCategoria C: Biochar Análise Avançada e Solo Enhancement Properties- opcional para todos os biochars | ||||
| Mineral N (de amônio e nitrato) | Declaração | 2.6 | mg / kg | |
| Fósforo Total | Declaração | mg / kg | ||
| Disponível Phosphorus | Declaração | 850 | mg / kg | |
| Matéria Volátil | Declaração | % | ||
| Área Superficial Específica | Declaração | 373,6 | m 2 / g | |
| Trocáveis | Declaração | 34,8 | Cmol / kg | |
Tabela 3. Critérios Resumo e Características para Old biocarvão e matéria-prima. A lista biochared nesta tabela foi produzido a partir de resíduos de construção na mesma unidade de pirólise como os biochars listadas na Tabela 2.
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Discussion
Todos os métodos listados no protocolo foram validados com atenção e amplamente utilizado para solos. Como caracterização biochar ainda está em sua infância, a eficácia desses métodos para o substrato rico em carbono foi em grande parte desconhecido. Assim, embora esses próprios métodos não são novos, a sua aplicação para caracterizar rotineiramente biochar é. Em termos de controle de qualidade de garantia / qualidade, não houve problemas entre qualquer um dos métodos em relação aos espaços em branco, sendo abaixo dos limites de detecção ou as recuperações sendo correto para os materiais de referência padrão. Isto indica que estes métodos são adequados para serem utilizados para a caracterização de biocarvão carvão e outros materiais semelhantes. Muitos métodos diferentes têm sido utilizados para caracterizar biochars na literatura 20, 34-41 no entanto, torna-se cada vez mais como biocarvão aceite como um aditivo do solo, são necessários métodos de rotina.
Capacidade de troca catiônica foi o único metod em que a dificuldade surgiu. O método de cálculo do CEC de uma amostra é dependente do peso da amostra e a concentração de sódio em que, dado o peso. Biochar tem uma densidade muito baixa e, portanto, não peletizar na parte inferior do tubo, após a centrifugação, tal como faz o solo. Portanto, quando decantação e descartando o sobrenadante nas etapas 6 e 7 do método (4.4), é importante para não perder nenhum da amostra biochar. Pipetando a solução da centrífuga foi necessário para evitar qualquer perda de amostra.
Outros métodos analíticos foram facilmente adaptados a partir de métodos de solo. Ultimate e análise imediata é específico para biochar e produtos similares, como o carvão, e, portanto, não é normalmente disponíveis em laboratórios que analisam rotineiramente solos. Outro método (ASTM D1762) está disponível, para a determinação de humidade, a matéria volátil, e em cinzas de carvão vegetal de madeira feitos especificamente. Este método também teria também sido adequado para analys próximasé. Ao determinar a perda de ignição por cento de matéria orgânica e percentagem de humidade alguns podem optar por realizar essas análises a temperaturas superiores a 420 ° C, especialmente se os biochars em questão são produzidas por meio de temperaturas muito elevadas de pirólise. No caso deste estudo especial 420 ° C foi suficiente para cinzas completamente todos biochars, e embora não seja discutido esta temperatura era suficientemente alta para cinzas de carbono, mesmo ativado.
Trabalhando com os organismos biológicos, tais como plantas e worms muitas vezes pode ser um desafio. Selecionando os organismos de estudo adequados é de particular importância. A invertebrada do solo Eisenia fetida é usado frequentemente como um organismo modelo terrestre em experimentos de contaminação porque esta espécie é capaz de sobreviver a altas concentrações de contaminantes orgânicos, é muito bem pesquisado, e é ecologicamente relevantes em muitas áreas do globo 2, 28, 42 -46. Invertebrados do solo jogarum papel importante na matriz do solo, uma vez que degradam a matéria orgânica, nutrientes de ciclo, e água transferência. Alfafa das espécies de plantas (M. sativa) e abóbora (C. pepo) foram escolhidos para os testes de germinação, como são popularmente crescido no Canadá e têm sido utilizados em nosso trabalho de cortesia na remediação de contaminantes 2, 3, 47. Condições de estufa para germinação das sementes devem ser cuidadosamente monitorizados para assegurar o funcionamento adequado do sistema de iluminação e evitar flutuações extremas de temperatura.
A caracterização do biochar é essencial para a sua aplicação bem sucedida como parâmetros medidos indica a eficácia de diferentes biochars para diferentes aplicações (ou seja, se um biochar é apropriado para o seqüestro de contaminante, a melhoria da qualidade do solo, contaminantes remediação etc.). Porque os métodos descritos aqui estão amplamente disponíveis para análise do solo, que são um meio de baixo custo para characterizatião de biochars, e deve ser amplamente empregues, antes da aplicação em grande escala de biocarvão no campo.
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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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