Summary
Биоуголь является богатый углеродом материал, используемый в качестве удобрения для почвы с возможностью устойчивого к снижению выбросов углерода, повысить качество субстрата и сорбируют примеси. Этот протокол описывает 17 аналитических методов, используемых для характеристики биоугля, который необходим до реализации масштабного этих поправок в окружающей среде.
Abstract
Физические и химические свойства биоугля варьироваться в зависимости от источников сырья и производственных условиях, что позволяет проектировать biochars с конкретными функциями (например, связывание углерода, улучшения качества почв или загрязняющих веществ сорбции). В 2013 году Международная инициатива по Биоуголь (IBI) широко распространяться их стандартного определения продукции и по тестированию продуктов (версия 1.1), которые устанавливают стандарты для физических и химических характеристик биоугля. Шесть biochars, изготовленные из трех различных видов сырья и при двух температурах, анализировали на характеристики, связанные с их использованием в качестве удобрения для почвы. Протокол описывает анализы сырья и biochars и включает в себя: емкость катионного обмена (CEC), удельную площадь поверхности (SSA), органического углерода (OC) и процент влажности, рН, распределение частиц по размерам, так и непосредственное и элементного анализа. Также описано в протоколе являются анализы сырья и биоугляс для веществ, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированных бифенилов (ПХБ), металлы и ртуть, а также питательных веществ (фосфор, нитритов и нитратов и аммония, азот). Протокол также включает в себя процедуры, биологического тестирования, дождевых червей и избежания прорастания анализов. На основании контроля обеспечения качества / качества (QA / QC) приводит заготовок, дубликатов стандартов и справочных материалов, все методы были определены достаточно для использования с Биоуголь и исходного сырья. Все biochars и сырье были в пределах критерия, установленного IBI и там были маленькие различия между biochars, за исключением случая биоугля, произведенной из строительных отходов материалов. Это биоуголь (именуемые Старый биоугля) был полон решимости иметь повышенные уровни мышьяка, хрома, меди, свинца, а также не удалось дождевых червей и избежания прорастания анализов. Основываясь на этих результатах, Старый биоуголь не будет подходящей для использования в качестве удобрения для почвы для углеродистой сequestration, улучшения качества субстрата и его исправлением.
Introduction
Биоуголь является богатый углеродом побочный продукт получают в ходе пиролиза органического вещества 1. Интерес, как публично, так и в учебе, в добавлении биоугля к почвам, проистекает из его способности улучшать качество почвы и рост растений 2, 3, устойчиво поглощать углерод 4 и сорбировать вредные вещества 2, 3, 5-7, одновременно предлагая альтернативы для отходов управление и производство энергии путем пиролиза.
Biochars производятся многими компаниями и организациями по всему миру с помощью различных систем пиролиза. Материалы, используемые для производства биоугля включают в себя (но не ограничиваются) древесная щепа, навоз и строительные отходы 1. Эти различия ожидается изменение физических и химических свойств biochars "и, таким образом, их способность улучшать субстраты, способствующих долгосрочной стабильности и расширить функциональные возможности сорбции. Кроме того, в процессе пиролиза биоуголь мау становятся случайно загрязненные металлами, ПАУ и ПХБ в результате загрязненных сырья или неблагоприятных условиях пиролиза. Поэтому, прежде чем биоуголь может быть применено в большом масштабе в окружающую среду в почвоулучшителя, стараясь характеристика биоугля для загрязняющих веществ, удельной поверхности, емкость катионного обмена, дождевых червей и избежания прорастания и других, предложенных Международной инициативой Биоуголь (IBI) должно быть проведено. В 2013 году первый стандартного определения товаров и продукции по тестированию для Биоуголь, который устанавливает стандарты для Биоуголь физических и химических характеристик, был опубликован и широко распространяться.
Исследования показали, что биоугля производится на коммерческой теплице в Одессе, ON, Canada имеет возможность значительно улучшить рост растений в интенсивно деградированных почв и сорбируют стойких органических загрязнителей (СОЗ), такие как ПХД 2, 3. Это биоуголь был получен из трехразличные виды сырья (например, органические источники вещества) через систему котла, где тепловая энергия используется, чтобы нагреть выбросы парниковых работу в течение зимних месяцев.
Это исследование дает данные по характеристике, имеющих отношение к производству биоугля в котле биомассы и использование биоугля как удобрения для почвы. Целью данного исследования является тщательно охарактеризовать физические, химические и биологические характеристики шести biochars в соответствии с нормами, установленными IBI в их стандартное определение ассортименте и принципах Технические испытания (версия 1.1) (2013). Эти характеристики будут связаны между собой, где это возможно, к выполнению каждого биоугля сельскохозяйственными изменений и их способности сорбировать загрязнения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ПРИМЕЧАНИЕ: Химический анализ проводили на аналитических услуг группы (АСУ) в Школе экологических исследований в Университете Королевы (Кингстон, ON). АСУ аккредитована Канадской ассоциации по аккредитации лабораторий (Cala) для конкретных тестов, перечисленных в области аккредитации. Другие исследования, в том числе парниковых испытаний, были проведены в Королевском военном колледже Канады (Кингстон, ON) на кафедре химии и химической технологии.
1. Общие соображения
- Для обеспечения гарантии качества и контроля качества, анализировать аналитическая пустым и аналитический двух экземплярах, образец дубликат и стандартного эталонного материала с каждой серией образцов (максимальный размер пакета 10) для методов в протоколе.
- Создание дубликатов образцов, когда субдискретизация из исходного образца и пройти через тот же препарат в качестве неизвестных образцов. Убедитесь, что повторяющиеся значения находятся в пределах 20% друг отдругу или повторить анализ. Убедитесь, что результаты анализа пробелов ниже пределов обнаружения для соответствующего метода. Стандартные справочные материалы пределы зависит от конкретного метода, но гарантировать, что они, как правило, в пределах 15-30% от ожидаемого значения.
Примечание: В многие из способов, описанных в протоколе, детали включены в предложенный порядок анализа проб, включая calibrants, бланки, высоких и низких стандартов и неизвестных образцов. Это чтобы убедиться в отсутствии перекрестной контаминации между образцами и обеспечить высокий уровень ОК / КК.
ПРИМЕЧАНИЕ: Шесть biochars были произведены на коммерческой теплице и анализировали на химических, физических и биологических параметров. Имена каждого биоугля отражают их параметров производства или источник сырья (таблица 1).
2. Тестовая категория: Основные свойства Биоуголь Грузопассажирский
- Влага и органическое вещество Содержимое
- Используйте потери на процедуры зажигания извыстроились Нельсоном и Соммерс (1996).
- Включить образец дубликат и стандартного эталонного материала (Оттава, песок) на каждые 10 неизвестных образцов.
- Этикетка 50 мл стаканы с термостойкой маркера, духовка высушить их на 105 ° C, дать им остыть, то записывать вес.
- Взвешивание 2 г образца высушенного на воздухе в сушильном шкафу сушат стакан. Сухой образец при 105 ° С в течение 24 ч, а затем удалить из печи и дают остыть.
- После охлаждения взвешивают стакан и образец (X = масса высушенного образца - вес стакане).
- Поместите образец в муфельной печи и высокой температуре в течение 16 ч, охватывающий по крайней 420 ° С. Удалить образец из печи и дать остыть. Взвесьте стакан с пробой снова и запишите его вес (Y = масса Ашед образца - вес стакане).
- Выполните следующие расчеты:
я) Убыток от зажигания = XY
б)% влаги = ((Образец Вес - Х) / Вес образца) х 100%
III)% органического Мэттэ = (Убыток от зажигания / х) х 100%
- Используйте потери на процедуры зажигания извыстроились Нельсоном и Соммерс (1996).
- Прямых и элементного анализа
ПРИМЕЧАНИЕ: Для уточненного / элементного анализа, были проанализированы четыре пробы: Low, High, Standard топлива и высокоэнергетических 2. Анализ ПАУ проводили на низкий, высокий, и условного топлива. Они были выбраны в качестве представителя biochars произведенных с 2012 года.- Проведение прямых и Окончательный анализ в коммерческом учреждении на основе методов: ASTM D3172-13 8 и D3176-09 Стандартная практика для экспресс и конечных 9 Анализ каменного угля и кокса, соответственно.
- pH
- Калибровка рН электрод в день до использования с калибровочных стандартов.
- Добавить 0,25 г биоугля с 25 мл дистиллированной, деионизированной воды.
- Встряхнуть вручную в течение 2 мин, затем центрифуги для 3000 мкг в течение 5 мин.
- Соберите супернатант в пробирку емкостью и измерения рН.
- Гранулометрический
- Анализ всех образцов triplicatе с помощью прогрессивного сухого рассева взято из ASTM D5158-98 10 с использованием семи США стандартные сита и поддон (4,7, 2,0, 1,0, 0,50, 0,25, 0,15 и 0,0075 мм)
- Запишите вес каждого пустого сито и сложить сита в порядке от кастрюли до 4,7 мм с 4,7 мм сито находясь на вершине.
- Поместите 60 г биоугля в 4,7 мм сито, положите крышку сверху и закрепите стопку сит на шейкере.
- Встряхивают в течение 10 мин и записывать вес каждого сита. Сообщить данные в файле добиваются успехов в оставшейся в каждом сите процентов.
- Анализ всех образцов triplicatе с помощью прогрессивного сухого рассева взято из ASTM D5158-98 10 с использованием семи США стандартные сита и поддон (4,7, 2,0, 1,0, 0,50, 0,25, 0,15 и 0,0075 мм)
3. Тестовая категория B: Токсикант отчетности
- Всхожести
- Используйте метод тестирования прорастания семян, изложенный Сулейман и др. (2012) 11.
- Используйте фильтровальную бумагу и почвой качестве положительного контроля.
- Убедитесь, что соответствующие веса каждой обработки составляет 3 г биоугля, 10 г почвой, и один кусок FilteR бумага.
Примечание: Эти значения основаны на объеме в чашку Петри таким образом, чтобы каждое блюдо ~ 50% от полной (по объему). - В чашки Петри (8,5 см в диаметре), поместите пять Тыква обыкновенная SPP. Pepo (тыквенные) Семена и 50 Medicago Sativa (люцерна) семена в каждой процедуры.
- Используя градуированный цилиндр добавить 15 мл воды для всех чашках Петри, затем покрыть их с соответствующими крышками.
- Поместите чашки Петри для проращивания под 14:10 ч (день: ночь) флуоресцентного светового дня и поддерживать температуру на уровне 27 ° C (± 6 ° C).
- После семи дней записывать количество проросших семян. Сообщить о результатах в% проросших на чашку Петри. Измерьте длину корневой проросших семян, используя линейку. Длина Сообщить суперпользователя сумму за каждую чашку Петри (см / чашки Петри).
- Используйте метод тестирования прорастания семян, изложенный Сулейман и др. (2012) 11.
- Earthworm Избежание
- Храните Навозный червь в здоровом почвенной состоящей из торфа и заливкипочвы и поддержания влажности почвы на ~ 30%.
- Используйте дождевых червей метод уклонения, описанную Ли и др. (2011). Выберите червей, начиная от 0,3-0,6 г в размере.
- Для этого теста, используйте шесть предупреждения колес (рис 1) или аналогичную структуру в тех, которые указаны в охране окружающей среды Канады острого избежании Test (Environment Canada, 2004).
- Mix biochars отдельно, используя лопату и ведро с почвой в размере 2,8% (по массе).
- Заполните каждой из шести отсеков с 120 г почвы или почвы / биоугля смеси, с любой другой отсек, выступающей в качестве неизмененном управления (рис 1), то есть почва без биоугля. Добавить 10 червей круглого среднего отсека.
- Expose червей в течение 48 часов, поддерживая уклонения колесо, покрытое алюминиевой фольгой, чтобы предотвратить червя побег. Поддержание температурного режима во избежание колес между 20-25 ° C. Мониторинг влажности почвы и поддерживать на ~ 30%. После 48 часов удалить червей и записывать их расположение в предотвращении колеса, то есть, если они находятся в I), с изменениями или II) непоправленной отсеки. Не используйте повторно червей для будущего тестирования.
- Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)
- Анализ ПАУ от экстракции растворителем и ГХ-МС на основе EPA 8270 12.
- Полихлорированные дифенилы (ПХД) Концентрация
- Сухие образцы (10 г) в течение ночи при 25 ° С в течение 18-24 ч, затем размолоть их в мелкий порошок (размер частиц <0,15 мм) с 10 г сульфата натрия и 10 г песка Оттава.
- Включите одну аналитическую пустой (Оттава, песок), одного контроля (известное количество стандарта платы), и один аналитический дубликат проба на каждые 10 неизвестных образцов.
- Поместите 2 г образца в Сокслета наперсток и добавить 100 мкл decachlorobiphenyl (DCBP) в качестве внутреннего суррогатной стандарта.
- Извлечение образцов в аппарате Сокслета в течение 4 ч при 4-6 циклов в час в 250 мл дихлорметана.
- С использованием газового хроматографа, снабженного микро- 63 Ni детектора захвата электронов (ГХ / μECD), конденсированное колонке с силикагелем, капиллярную (30 м, 0,25 мм ID × 0,25 мкм толщины пленки) и соответствующее программное обеспечение анализа биоугля экстракты для общего Aroclors. Использование гелий в качестве газа-носителя при расходе 1,6 мл / мин. Использование азота в качестве макияжа газа для детектора электронного захвата (ECD). Значения доклад, как мкг / г сухого веса.
- Металл Анализ
- Пробы воздуха сухой течение 18-24 ч и растереть в мелкий порошок (размер частиц <0,15 мм) с помощью ступки и пестика.
- Использование химически чистой концентрированных кислот, тепловые 0,5 г образца в 2 мл 70% (м / м) азотной кислоты и 6 мл 38% (вес / вес) соляной кислоты, пока объем не уменьшится до 1-2 мл. Тогда макияж раствора до 25 мл в мерной колбе с использованием дистиллированной, деионизированной воды, фильтруют через Ватман № 40 фильтра ркабан.
- Анализ образцов с использованием одновременно с индуктивно связанной плазмой атомно-эмиссионный спектрометр (ICP-AES) со следующими стандартами / управления (см шаг 3.5.3.1). Анализ многоэлементных стандартов ПМС и проверить% об ошибках и коэффициенты корреляции калибровочных кривых. Стандарты приобрести в собственных смесей со многими элементами в каждом уровне. Каждый элемент имеет 3 точки калибровочной кривой (например кадмий работать на 0, 0,1, 1,0 и 5 частей на миллион). Убедитесь, кривые с проверки калибровки стандартов. Перекалибруйте примерно каждые 18 проб.
- Добавить внутренние стандарты (индия и скандия) "на линии" с образцами, чтобы проверить стабильность прибора. Анализ образцов со стандартами управления дополнительными качества, включая сертифицированных эталонных материалов (куст, ветви и листья; белокочанная капуста и шпинат), способ заготовок (добавить кислоты на пустой пищеварения трубки и относиться к ним, как описано в разделе 3.5.2 выше), аналитические дубликаты, и полевые дубликатов.
- Меркурий
- Убедитесь, приборы отвечает критериям, изложенным в US EPA Method 7473 и позволяет для прямого измерения ртути
- Взвесьте 100 мг воздушно-сухого биоугля первом (размер частиц <0,15 мм) в кварц или никеля весит лодки.
- Использование ПМС-AES исходного раствора 1000 мкг / мл Hg и 5% -ной хлористоводородной кислоты в двойной деионизированной водой (DDI), чтобы сделать работу запасов (5 мкг / мл, 1 мкг / мл, 0,1 мкг / мл, 0,01 мкг / мл) и калибровочные стандарты.
- Используйте чистый пустой лодке как метод заготовки. Анализ образцов, начиная с методом пустой, низкий QC (20 нг Hg - 20 мкл 1 мкг / мл Hg), чистые, Верховного QC (200 нг Hg - 40 мкл 1 мкг / мл Hg), пусто, пусто, эталона Материал (MESS-3), Бланк, кают-3, Бланк, образец 1, Бланк, образец 2, Бланк, Образец 2 DUP, Бланк, образец 3, Бланк, и т.д.
- Поместите лодки на приборной камеру, где образец термически разлагаются в ContinuПодразделения поток кислорода.
ПРИМЕЧАНИЕ: продукты сгорания будет унесен в потоке кислорода и далее разлагается в горячей слое катализатора. Пары ртути будут захвачены на золото смесителя трубы, а затем десорбируется для спектрофотометрического количественного при 254 нм.
4. Тестовая категория C: Биоуголь Расширенный анализ и почвы аксессуаров недвижимость
- Аммоний как азот
ПРИМЕЧАНИЕ: Метод использует реакции Бертло в котором соли аммония в растворе реагирует с феноксидом. Добавление гипохлорита натрия приводит к образованию в зеленого цвета соединения. Нитропруссид натрия добавляют для усиления цвета.- Взвешивание 5 г измельченной высушенной на воздухе образца (размер частиц <0,15 мм) в 125-мл колбу Эрленмейера. Добавить 50 мл 2 М (0,01% (об / об) KCl. Поместите колбы на вращающемся шейкере в течение 1 ч при 200 оборотах в минуту. После встряхивания завершена, фильтровать через Ватман образцы № 42 фильтровальной бумаги в 100-мл плASTIC флаконах.
- Подготовка растворов реагента:
- Щелочная Фенол - мера 87 мл жидкого фенола в 1 л объемного заполнения 2/3 с DDI воды. Добавить 34 г NaOH, составляют до объема DDI воды.
- Раствор гипохлорита - с использованием 100-мл мерный цилиндр меру 31,5 мл коммерческого отбеливател (5-10%) и заполнить до 100 мл водой DDI. Трансфер в бутылку и добавить 1,0 г NaOH гранул и позволить им раствориться.
- ЭДТА - растворения 32 г ЭДТА-ди-натрия и 0,4 г NaOH в 1 л объемном заполнено 2/3 с DDI воды. Добавить 0,18 г нитропруссида и растворить при встряхивании. Макияж для объема с DDI воды и добавить 3 мл Triton (10%).
- Сделать калибровочных стандартов (0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 1,0, и 2,0 мкг / мл Н концентрации) с использованием химически чистым NH 4 Cl и DDI воды. Подготовка эталон QC с реагентом источника класса хлорида аммония, отличной от источника, используемого для изготовления стандартов.Используйте двойной деионизированной воды в качестве заготовок.
- Начните запуска автоматических анализаторов. Дизайн каждого запуска, чтобы начать с высоким стандартом (2,0 мкг / мл N) X 2, калибровочных стандартов (от высокой к низкой), метод Бланк, высокий стандарт, низкий уровень (0,1 мкг / мл N) X 2, промывочной воды, контроля качества ведения образца х 2, образцы, образец дубликат, и высокий стандарт., и промывочной воды.
ПРИМЕЧАНИЕ: программное обеспечение автоанализатора автоматически рассчитает концентрации в экстракте. - Рассчитайте Биоуголь концентрация = (выписка концентрации х 50 мл (KCl)) / 5 г Биоуголь пробы.
- KCl съёмный нитритов и нитратов автоанализатора
ПРИМЕЧАНИЕ: колориметрический метод Грисс Ilosvay использует реакцию ионов нитрита с сульфаниламида в кислых условиях с образованием диазосоединения. Соединение далее реагирует с N 1-naphthylethylenediamine дигидрохлорида, чтобы сформировать пурпурный азокраситель. Нитрат в образце преобразуется в нитрит через воздействия восстановителем(В данном случае медно-кадмиевые колонку уменьшения). Это дает меру концентрации нитрита нитрата + в образце.- Взвешивание 5 г измельченной высушенной на воздухе образца (размер частиц <0,15 мм) в 125-мл колбу Эрленмейера. Добавить 50 мл 2 М (0,01% (объем / объем)) KCl. Поместите колбы на вращающемся шейкере в течение 1 ч при 200 оборотах в минуту. После встряхивания завершена, фильтровать образцы через Ватман № 42 фильтровальной бумаги в 100-мл пластиковые флаконы.
- Разрешить реагенты (хлорида аммония и цветного реагента) нагреться до комнатной температуры.
- Включите колориметр, чтобы лампа прогреется. Хранится в автоматическом анализаторе являются реагентами линии, обозначенные хлорид аммония, цвет реагента и воды; запустить насос и дайте воде бежать через систему, проверьте все насоса НКТ линии для правильного функционирования.
- После того, как система уравновешена, расположение линий в соответствующих реагентов и позволяют работать в течение 5-10 мин. Включите самописец. Подождите, базовый стабилизироваться, и установить его в 10-м
- Подготовка 100 мкг / нитрат мл и нитритов КК изображения стандартов с KNO 3 и NaNO 2 и DDI воды, соответственно. Чтобы сделать 10 мкг / мл Промежуточный Стандартный, добавить 5 мл 100 мкг / мл маточного раствора до 50 мл мерную колбу и доводят до объема с 0,01% KCl. Для того, чтобы объединить калибровочных стандартов 0,01% KCl и 10 мкг / мл промежуточного стандарта, полученного в 25-мл мерных колб, чтобы калибровочные стандарты (0,05, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2 мкг / мл NO 3 или NO 2). Используйте KCl для метода пробелами.
- Подготовьте шипы с использованием 5 г Оттава песка (инертного материала) и добавляют 0,05 мл соответствующего 1000 мкг / мл стандарта QC для конечного результате 10 мг N / кг образца. Сделайте сочетании NO 3 + NO 2 шип на пики одного образца с 0,025 мл каждого 1000 мкг / мл QC стандартной складе. Подготовьте образец шип за перспективе, пики 5,0 г неизвестного образца биоугля с 0,025 мл необходимости 1,000 мкг / мл QC стандартное сырье.
- Начните работать анализ. Включают в себя полный набор калибровочных стандартов, два QC эталонный комплекс, по крайней мере два пробела KCl, и по меньшей мере двух стандартов нитриты, набор Оттава песка Шипы и заготовок и образец Спайк при каждом запуске.
ПРИМЕЧАНИЕ: Стандарты могут быть повторно в качестве маркеров между каждые 5 неизвестных образцов и проверьте значения для подготовки стандартной кривой. - Повтор стандарт / мл 2,0 мкг в конце каждого прохода. Запустите дубликаты проб на минимальном размере 10%. Выполнить Нитрит + анализ нитратов во-первых, с последующим анализом нитрит.
- Запись на пике высоты Нитрит Нитрат Рабочий лист всех стандартов, контроля качества проверок и образцов. Используйте количество диаграмм единицах, измерения высоты. Для калибровки приборов, используйте относительные высоты стандартов. Убедитесь, что значение R 2 лежит выше 0,99, если не повторно запустить стандартам.
- Рассчитайте концентрацию образцов с использованием Formul:
Экстракт концентрация = (высота пика - Intercept калибровочной кривой / Калибровка наклона кривой) х Разведение
Биоуголь концентрация = (экстракт концентрации х 50 мл (KCl)) / 5 г Биоуголь Образец - Вычтите расчетную концентрацию нитритов из нитратов плюс нитритов концентрации, чтобы рассчитать нитрат.
- Съёмный Фосфор (2% муравьиной кислоты Добыча)
ПРИМЕЧАНИЕ: программное обеспечение автоматически Анализатор автоматически рассчитывает концентрацию. Отчёты по программному обеспечению калибровочной информации, критерий согласия калибровочной кривой концентрации для всех образцов, calibrants, заготовок и образцов качества, что и после запуска.- До анализа образцы хранят в чистую стеклянную емкость или стерильный пластиковый мешок. Держите образцы охлажденных и анализировать в течение двух недель или держать в замороженном виде до одного года.
- Сделать все стандарты и стандарты контроля качества с одной и той же флюидной экстракции, используемого для образцов. Используйте отложениях эстуария в качестве стандартного refereсть материала и в каждой ванне образцов включают в себя две заготовки должны быть извлечены.
- Использование 1-L объемный заполненную 750 мл DDI воды, добавить 20 мл (98-99%) муравьиной кислоты и заполнить до объема DDI воды.
- Добавить 1,0 г измельченной высушенной на воздухе образца (размер частиц <0,15 мм) в 125-мл колбу Эрленмейера. Добавить 50 мл 2% -ного раствора муравьиной кислоты. Поместите колбы на ультразвуком в течение 10 мин, а затем перенести на вращающемся шейкере в течение 1 ч при 200 оборотах в минуту. После встряхивания образцов фильтров, используя Whatman № 42 фильтровальную бумагу в другой набор 125-мл колбах Эрленмейера.
- Подготовить стандарты и шипы:
- Подготовьте 1000 мкг / мл QC со стандартом, на основе кислого калия ортофосфата и DDI воды. С помощью QC со Standard сделать калибровочных стандартов (5 мкг / мл, 1 мкг / мл, 0,5 мкг / мл, 0,2 мкг / мл, 0,1 мкг / мл). Используйте 0,100 мл КК стандарта, чтобы сделать QC Спайк. Для того, чтобы КК стандартную проверку, добавить 0,100 мл QC фондовой стандарта в 50-мл тumetric колбу и сделать его до нужного объема KCl.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это / мл концентрацию, 0,2 мкг. - Используйте отложениях эстуария качестве образца QC. Использование 0,01% KCl в качестве метода заготовки.
- Подготовьте 1000 мкг / мл QC со стандартом, на основе кислого калия ортофосфата и DDI воды. С помощью QC со Standard сделать калибровочных стандартов (5 мкг / мл, 1 мкг / мл, 0,5 мкг / мл, 0,2 мкг / мл, 0,1 мкг / мл). Используйте 0,100 мл КК стандарта, чтобы сделать QC Спайк. Для того, чтобы КК стандартную проверку, добавить 0,100 мл QC фондовой стандарта в 50-мл тumetric колбу и сделать его до нужного объема KCl.
- Анализ в системе автоанализатора. Набор образцов в качестве грунтовки (High Standard (0,5 мкг / мл), Calibrants (5 мкг / мл, 1 мкг / мл, 0,5 мкг / мл, 0,2 мкг / мл, 0,1 мкг / мл), чистые, Null, High Standard ( 0,5 мкг / мл), низкий уровень (0,1 мкг / мл), низкий уровень (0,1 мкг / мл), Null, QC (контрольный образец / отложениях эстуария), QC (контрольный образец / отложениях эстуария), метод Бланк, образец 1, Пример 2, Пример 2 Dup, образец 3 и т.д., высокий стандарт, Null.
- В каждой серией образцов также извлечь две заготовки: один калибровочный пустым и должен быть размещен в стандартной стойке автоматического пробоотборника, а другой представляет собой способ заготовки и он должен быть размещен в лотке образца.
- Удельная площадь поверхности
ПРИМЕЧАНИЕ: Analysiс для Brunauer-Эммета-Теллера (BET) площадь поверхности была проведена в химической биологическом Радио ядерной (ХБРЯ) Лаборатории защиту на RMC. Способ использует N анализ сорбционной 2 газа при 77 К в относительном диапазоне давлений от 0,01 до 0,10, после дегазации при 120 ° C в течение минимум 2 ч. Дубликат образец анализировали на каждые 6 неизвестных образцов. Образцы не измельчают в порошкообразной форме перед анализом.
ПРИМЕЧАНИЕ: раз дегазации и давление являются специфическими для изготовителя прибора и метод, предусмотренный была утверждена ранее с высокотемпературными активированных углей. - Емкость катионного обмена (CEC)
- Следуйте метод ацетата натрия для ЦИК, описанной Лэрд и Флеминг (2008) для вычисления ЦИК.
- Включите одну аналитическую пустым (DDI вода), стандарт справочные материалы (Оттава, песок) и дублировать на каждые 10 образцов.
- Подготовка насыщающей раствор (1 М NaOAc рН 8,2), раствор 136,08 г NaOAc. 3H 2 Oв 750 мл дистиллированной, деионизированной воды. Доводят рН до 8,2 добавлением уксусной кислоты или гидроксида натрия. Разбавить до 1 л с DDI воды.
- Подготовка первого полоскания решение (80% изопропанол (IPA)) путем объединения 800 мл IPA с 200 мл дистиллированной, деионизированной воды. Затем готовят второй раствор полоскания (100% IPA).
- Подготовка замещающих решение (0,1 М NH 4 Cl) путем растворения 5,35 г NH 4 Cl в 1 л дистиллированной, деионизированной воды.
- Взвесьте 0,2 г образца (сушат на воздухе, а не земля) в 30 мл центрифужную пробирку. В то же время, вес 0,5 г того же сушат на воздухе образца в предварительно взвешенный алюминиевый поддон для сушки. Поместите образец в алюминиевый поддон для сушки в печи при температуре 200 ° С в течение 2 ч, охлаждают его в эксикаторе, а затем снова взвешивают для определения содержания воды в воздушно-сухого образца. Используйте этот образец для расчета поправочного коэффициента содержания воды, F (шаг 4.4.1.10).
- Добавить 15 мл насыщающего раствора, вихрь, то центрифуге при 3000мкг в течение 5 мин. Слейте и тщательно отбросить супернатант, чтобы обеспечить не образец не теряется. Повторите этот шаг еще два раза.
- Добавить 15 мл первого раствора полоскания. Vortex и центрифуги в 3000 мкг в течение 5 мин. Слейте и тщательно отбросить супернатант. Повторите этот шаг несколько раз, каждый раз измерения электропроводности раствора супернатанта. Когда проводимость супернатанта падает ниже проводимости насыщенного ацетатом натри IPA (~ 6 мкСм / см), перейти к второму раствору полоскания. Продолжать полоскание образца, пока проводимость супернатанта не упадет ниже 1 мкСм / см.
- Разрешить образец высохнуть на воздухе в вытяжном шкафу, затем добавить 15 мл заменяющего решения. Vortex и центрифуги в 3000 мкг в течение 5 мин. Декантировать и сохранить супернатант в 100-мл мерную колбу. Повторите этот шаг еще три раза, каждый раз сохраняя супернатант в том же мерную колбу. Затем довести объемную до 100 мл дистиллированной, деионизированной воды промтер.
- Анализ содержания натрия с помощью индуктивно-связанной плазмой атомно-эмиссионной спектрометрии (ICP-AES), как описано ранее.
- Выполните следующие расчеты:
F = (вес высушенной в печи, сушат на воздухе образца - вес образца сушили на воздухе)
С = концентрация Na (мг / л) в 100-мл мерную колбу
W = вес (г) из воздушно-сухого образца добавляли в центрифужную пробирку
ЦИК = (С х 0,435) / (Ш х Г) (смоль / кг)
- Следуйте метод ацетата натрия для ЦИК, описанной Лэрд и Флеминг (2008) для вычисления ЦИК.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Сводка всех результатов, включая сравнение с критериями, установленными IBI 13 можно найти в таблицах 1 (резюме), 2 (Новый, высокий, низкий, третий сырья и высотой 2-biochars) и 3 (Старый Биоуголь). Все biochars и сырье, используемые в 2012 и 2013 (таблица 2) были в пределах критерия, установленного IBI и были маленькие разницы между biochars. Старый биоуголь (таблица 3), первый биоуголь на испытания, было сделано из использованных поддонов доставки и строительных отходов и был полон решимости иметь повышенные уровни металлов, мышьяк, хром, медь и свинец. Старый биоуголь также имели самые низкие уровни органического углерода (63,2%), а определяется потерями при прокаливании. Это биоуголь имели самые высокие уровни экстрагируемых фосфора (850 мг / кг) и ЦИК (34,8 смоль / кг), а также самый высокий процент мелких частиц (<0,5 мм, 48%). Старый биоуголь также только биоуголь впровалить тест на всхожесть (рисунок 3) и было установлено, что Навозный червь (беспозвоночных почвы) значительно избежать 2,8% поправку Старый Биоуголь, в то время как они предпочли 2,8% поправок в новом биоугля (Рисунок 2).
Тестовая категория: Основные свойства Биоуголь Грузопассажирский
Производство Биоуголь с помощью пиролиза по существу карбонизации биомассы. Процесс карбонизации позволяет преобразования структурированных органических молекул древесины и целлюлозы материалов в углерод или углеродсодержащие остатки, которые часто ароматическую природу 14-18. Карбонизации получают путем удаления воды и летучих веществ из сырья биомассы, под действием тепла в процессе пиролиза 19. Все biochars, производимых на коммерческой теплице содержала относительно низкий процент влаги (<5%), за исключением Старыйбиоуголь. Все biochars разделяются по IBI как класса А (> 60%) с точки зрения их состава органического углерода в результате полного обугливания материала исходного сырья через пиролиза. Таким образом, из-за высокого процента органического углерода, все полученные biochars имеют низкий процент золы (<2,5%), которое является неорганическим или минеральной составляющей биоугля 13. Хотя эти низкие biochars золы не обеспечивают значительные количества питательных веществ непосредственно в почву, как сделать их высокую зольность биоугля (часто из навоза и костей) экземплярах; Содержание углерода в этих biochars гораздо выше и, следовательно, они имеют более высокие долгосрочные удержания питательных веществ способности 20-22.
Водорода к углероду (H: C) представляет собой термин, часто используется, чтобы измерить степень ароматичности и созревания биоугля, который был связан с их долговременной стабильности в среду 18. Для сырья биомассы, содержащей целлюлозу Aй лигнин, Н: отношения C примерно 1,5. Тем не менее, пиролиз этих материалов при температурах выше 400 ° С будет производить biochars с H: C соотношение <0,5. Сообщалось, что Н: отношение С <0,1 указывает на графитовую структуру, подобную в биоугля 23. Все biochars в этом отчете, H: C соотношение меньше, чем 0,02, что свидетельствует о том, что эти biochars очень ароматическую природу и будет иметь долгосрочную стабильность в окружающей среде.
PH почвы является мерой кислотности почвы, к сожалению, многие сельскохозяйственные почвы в Канаде и по всему миру являются кислыми (рН <7), что означает, что они не являются идеальными для роста растений. Biochars с щелочным рН (> 7), такие как те, что получены в теплице, может быть добавлен в кислых почвах для повышения рН почвы до уровней, которые являются более подходящими для роста растений.
Другой важной характеристикой почва для роста растений является распределение частиц по размерам (PSD), Biochars, которые имеют более высокий процент грубых частиц может благоприятно увеличить аэрацию почвы и предотвращения движения Биоуголь в недра с течением времени, тем самым увеличивая продолжительность времени биоугля предлагает преимущества для роста растений 24. Тем не менее, небольшие размеры частиц выступает за biochars, которые производятся в целях реабилитации с целью сорбировать загрязнений и минимизации их биодоступность, как загрязняющие вещества легче получить доступ к поровое пространство для связывания 3,25, 26. Также более мелкие частицы размером увеличения Количество биоугля частиц в единице объема почвы, что благоприятно для загрязнений сорбции 27. Как и в предыдущем исследовании 3, мелкие частицы определяются как те, <0,25 мм и грубых частиц,> 0,5 мм. В biochars имени Новый-, высоким и третьих сырья имеют высокую долю грубых частиц (~ 98%), и низкую долю мелких частиц (~ 2%). Биосажа, получаемая при немного более низкой температуре, было 89% грубых и 11% мелких частиц размерами. Все эти biochars может предложить значительные улучшения в текстуре почвы и аэрации особенно на деградированных или глинистых почвах типа. Старый биоуголь было PSD, что существенно отличались от других, имея 52% грубых частиц и 48% мелких частиц. Биоуголь с этим PSD может быть предпочтительным для использования на загрязненных участках, где загрязнителем сорбции основное внимание.
Тестовая категория B: Токсикант отчетности
Биологическое тестирование биоугля важно для оценки токсичности (если таковые имеются) этих материалов почвенных беспозвоночных и растений. На сегодняшний день, мало имеющейся литературы о потенциальном воздействии биоугля на земных организмов и связанных с ними ответных мер, а часто литература, существует подарки противоречивые результаты. Воздействие загрязняющих веществ может препятствовать дождевых червей способность выполнять основные функции почвы, такие как decomposition, питательных веществ минерализации и структуры почвы улучшения 28. Новый биоуголь не показали отрицательное воздействие на дождевых червей Eisenia Фетида по оценке дождевых червей избегания, однако червей значительно избегать Старый биоугля (рисунок 2). Прорастание анализы методом, используемым для оценки токсичности конкретного материала для растений. Почва служила лучшего контроля, чем фильтровальной бумаги, как бумажный фильтр часто поощряют образования плесени. Тыква и люцерны семена хорошо прорастают с 67% ± 12% и 81% ± 6% прорастания, соответственно. Корни также распространение и со средними длинами после семи дней быть на 14 см ± 0,6 см и 55 см ± 8 см для тыкв и люцерны, соответственно. Как с уклонением червей исследований Старый биоуголь, показали наличие токсичности для растений и все другие biochars оценивали не показали никаких вредных эффектов на прорастание семян, как измеряется процентов прорастания и длины корня после семи дней (рис 3
Хотя некоторые виды биоугля есть потенциал, чтобы сорбировать органические загрязнители и снижения их токсичности в среде, стараясь характеристика биоугля требуется для того, чтобы оно не содержит вредных примесей, таких как ПАУ, ПХБ, и металлы в результате загрязненных сырья или условия пиролиза. Ни один из biochars, производимых на теплице не было концентрации ПАУ, превышающих ПДК IBI. Старый биоуголь Было установлено, что повышенные уровни ПХБ и мышьяка металлов, хрома, меди и свинца, однако ни один из biochars, полученных из двух других материалов биомассы не содержит металлов выше принципов IBI. Старый биоуголь был произведен из используемых поддонов доставки и строительных отходов, которые, скорее всего, источником загрязнения металла. Хотя Старый биоуголь не подходит для использования в сельскохозяйственных почвах или на приусадебных участках, все остальные biochars могут быть использованы для этих целей.
Тест Кейтгоры C: Биоуголь Расширенный анализ и почвы аксессуаров недвижимость
Biochars содержащие высокую концентрацию аммония и нитрата могут быть применены к пахотных почв, чтобы компенсировать требования к азотных удобрений. Однако, если биоуголь содержит избыток этих соединений азота, то применение в больших масштабах может привести к увеличению N 2 атмосферную концентрацию O и загрязняют источники питьевой воды нитратами. Ни один из исследуемых biochars не содержали повышенные количества аммония или нитрата.
Фосфор является важным компонентом для многих физиологических процессов, связанных с надлежащим использованием энергии в обоих растений и животных. Biochars с умеренным количеством доступного фосфора будет действовать в качестве важных растений удобрения. В Онтарио, почвы, содержащие 15-30 мг / кг фосфора считается низким, 31-60 мг / кг умеренный, и 61-100 мг / кг высока. Старый биоуголь был самым высоким в фосфорапри 850 мг / кг и не могут быть пригодны для добавления в почву уже классифицированных как с высоким содержанием фосфора. Тем не менее, все другие испытанные biochars имели гораздо меньшее количество фосфора, а не было бы ожидать, чтобы вызвать проблемы при добавлении со скоростью до 10% (вес / вес).
Компоненты биоугля (за исключением влаги), которые высвобождаются в процессе пиролиза, называют летучих веществ. Эти компоненты, как правило, сочетание коротких и длинных цепей углеводородов, ароматических углеводородов с небольшим количеством серы. Летучие вещества была определена с помощью экспресс-анализа, который также определяет влаги и золы содержание biochars (раздел 2.2). Содержание летучих влияет на стабильность материала 29, N доступность и рост растений 30. В теории, biochars высоким содержанием летучих веществ, менее стабильны и имеют более высокую долю лабильного углерода, который обеспечивает энергию для микробного роста и ограничивает доступность азота, необходимого длярост растений. Исследование Deenik и др., (2010) считается 35% летучих веществ, чтобы быть высоким (вызывая дефицит азота), и 10% летучих веществ на низком уровне. Все биоуголь в этом докладе содержится менее 20% летучих веществ, и, следовательно, нельзя было ожидать, чтобы ограничить рост растений. Определение Технический анализ летучих веществ является наиболее важным для biochars с низким содержанием золы, например, получаемых в коммерческом теплице.
Удельная площадь поверхности (SSA) является мерой пористости в биоугля. Она включает в себя не только площадь наружной поверхности Биоуголь, но и площадь поверхности в поры и является важной характеристикой используется для прогнозирования способности биоугля сорбировать органические загрязнители. Загрязняющие сорбции был приписан к π-π взаимодействий (связывание привлекательным, нековалентная) между ароматическим кольцом (ов) загрязняющего вещества и те из биоугля 31. Активированный уголь (AC) является уголь, как коврикПерс, который обрабатывается в ходе его производства, чтобы максимизировать свою пористость и, следовательно, имеет более высокие SSAS, чем в большинстве biochars. Хотя все из biochars представленных в этом отчете, SSAS в 300 м 2 / г диапазона (т.е. гораздо меньше, чем ВС; ~ 800 м 2 / г), как сообщалось в Denyes и др, 2012 и 2013 году, biochars. , старые и новые, оба показали значительный потенциал, чтобы служить поправки почвы для рекультивации печатных плат.
Емкость катионного обмена (ЦИК) является мерой количества катионов (положительно заряженных ионов), что частица почвы способен удерживать на заданном значении рН. Способность почвы удерживать катионов за счет электростатических взаимодействий с отрицательно заряженными участками на поверхности частицы, такие как гидроксил (ОН -) и карбоксильной (COO -). Группах 32, 33 ЦИК почвы могут быть связаны к способности почвы удерживать питательные вещества и удерживать катионы из удобрений, которые эссенциял для роста растений. Кроме того, многие загрязнители окружающей среды, такие как свинец, кадмий и цинк имеют положительные заряды; Поэтому почвы с высоким ЦИК может функционировать для предотвращения вымывания этих загрязняющих веществ в источники питьевой воды. Biochars сообщалось увеличить ЦИК почв, из-за медленного окисления биоугля поверхности, что увеличивает количество отрицательно заряженных объектов, и, следовательно, может снизить требования к удобрения и иммобилизации положительно заряженные загрязняющие вещества в почвах 32. Как правило, песчаные почвы имеют ЦИК между 1-5 смоль / кг, суглинистые почвы 5-15 смоль / кг, глина типа почвы> 30 смоль / кг и органического вещества 200-400 смоль / кг. Методы определения ЦИК биоугля все еще находятся в зачаточном состоянии, и поэтому их следует рассматривать в относительном выражении. ЦИК biochars, производимых на теплице выше, чем ЦИК загрязненных ПХБ почв (Denyes и др., 2012), но ниже, чем компост поправками почв.
осел = "jove_content" FO: Keep-together.within-странице = "всегда"> 
Рисунок 1. дождевого червя предотвращение колеса. Колеса изготовлены из стали и черви разрешено перемещаться по отсекам с помощью нескольких отверстий, которые примерно 5 см в диаметре.
Рисунок 2. Earthworm такого опыта старых и новых biochars типа. Биоуголь под названием "Старый" был произведен с помощью строительных отходов, в то время как названия Биоуголь «Новые» был произведен из опилок материалов. * Указывает существенное различие между неизмененном почвой и почвой поправками с 2,8% либо биоугля (р <0,05).
Рисунок 3. Процент всхожести двух различных видов растений. Тыквы (Тыква обыкновенная SPP. Pepo) и люцерны (Medicago Sativa) выращивали в трех экземплярах в различных biochars производства в коммерческом теплице в течение семи дней. Ветхий и Новый относятся к biochars, изготовленных из различных видов сырья, в то время как низкие и высокие относятся к разным температурам пиролиза. * Значительно указывает отличия от контроля (почва и фильтровальной бумаги).
| Образец | Сырье | Пиролиз Температура | Органическое вещество (LOI) | pH | ЦИК | PSD | PSD | SSA |
| Грубый | Хорошо | |||||||
| ° C | % | смоль / кг | % | % | м 2 / г | |||
| Старый | 1 | > 700 | 63,2 | 9,3 | 34,8 | 51,7 | 48,3 | 373,6 |
| Новый | 2 | 700 | 97,8 | 9 | 16 | 98,7 | 1,3 | 324,6 |
| Низкая температура | 2 | 500 | 96,7 | 8,7 | 15,9 | 86,2 | 13,8 | 336,9 |
| Высокая Temp0; | 2 | > 700 | 97,9 | 8,4 | 11,1 | 98,1 | 1,9 | 419,5 |
| В-третьих сырья | 3 | 700 | 96,2 | 9,6 | 13,2 | 97,6 | 2,4 | 244,4 |
| Высокая Темп-2 | 3 | > 700 | 97,1 | 9,1 | 17,1 | 97,9 | 1,9 | 428 |
| LOI: потери при прокаливании, ЦИК катионообменной способности, PSD: Гранулометрический, SSA: Удельная площадь поверхности | ||||||||
Таблица 1. вид сырья, температура пиролиза и физические характеристики шести biochars.
| Требование | IBI | Биоуголь | Сырье Диапазон | Блок | |
| Критерии | Диапазон | ||||
| Тестовая категория A: Основные Биоуголь Грузопассажирский Свойства - Обязательные для всех Biochars | |||||
| Влажность | Декларация | <0.1-4.3 | % | ||
| Органического углерода | Класс 1> 60% | 96.2-97.8 (LOI) | % | ||
| Класс 2> 30% | 92.44-97.93 (Pro / п.Ульт) | ||||
| Класс 3> 10 <30% | |||||
| H: С орг | 0,7 макс | 0,01-0,02 | Соотношение | ||
| Общей золы | Декларация | 1.38-2.26 | % | ||
| Всего N | Декларация | 0.28-1.06 | % | ||
| pH | Декларация | 8.4-9.6 | pH | ||
| Гранулометрический | Декларация | 86-98 | % Грубый | ||
| 1.3-14 | % | ||||
| Хорошо | |||||
| Тестовая категория B: Токсикант Reporting- Требуется для всех видов сырья | |||||
| Прорастание | Pass / Fail | Pass | |||
| Earthworm Избежание | Декларация | Нет Избежание | |||
| Полиароматических углеводородов (ПАУ) | 6-20 | <2,0 | мг / кг | ||
| Полихлорированные дифенилы (ПХД) | 0,2-0,5 | <0,1 | мг / кг | ||
| Мышьяк | 12-100 | <1,0 | <1,0 | мг / кг | |
| Кадмий | 1.4-39 | <1,0 | <1,0 | мг / кг | |
| Хром | 64-1,200 | <2,0 | <2,0-2,6 | мг / кг | |
| Кобальт | 40-150 | <1,0 | <1,0 | мг / кг | |
| Медь | 63-1,500 | 3.6-6.5 | <2.0-5.9 | мг / кг | |
| Ведущий | 70-500 | <2,0-2,7 | <2.0-8.1 | мг / кг | |
| Меркурий | 1,000-17,000 | <5.0-294 | нг / г | ||
| Молибден | 5-20 | <2,0 | <2,0 | мг / кг | |
| Селен | 1-36 | <10 | <10 | мг / кг | |
| Цинк | 200-7,000 | 5.6-56.2 | 7.8-30.5 | мг / кг | |
| Хлор | Декларация | мг / кг | |||
| Натрий | Декларация | 137-878 | <75-770 | мг / кг | |
| Тест Категория C: Биоуголь Расширенный анализ и почвы Повышение Properties- опционально для всех Biochars | |||||
| Минеральная N (аммония и нитрата) | Декларация | <0.2-6.1 | мг / кг | ||
| Фосфор, общее | Декларация | 69.5-276 | 52.5-74 | мг / кг | |
| Доступного фосфора | Декларация | 9-80 | мг / кг | ||
| Летучее вещество | Декларация | 12.47-19.09 | % | ||
| Удельная площадь поверхности | Декларация | 244-428 | м 2 / г | ||
| Катион отлвисящий Емкость | Декларация | 11.1-17.1 | смоль / кг | ||
Таблица 2. Критерии и характеристики новых, High, Low, третий и High-2 Biochars и сырья. Все biochars, перечисленные в этой таблице изготавливаются из аналогичных сырья на том же предприятии пиролиза.
| Требование | IBI | Биоуголь Диапазон | Сырье Диапазон | Блок |
| Критерии | ||||
| Тестовая категория A- Основные Биоуголь Грузопассажирский Свойства - Обязательные для всех Biochars | ||||
| Влажность | Декларация 20 | % | ||
| Органического углерода | Класс 1> 60% | 63,2 (LOI) | % | |
| Класс 2> 30% | ||||
| Класс 3> 10 <30% | ||||
| H: С орг | 0,7 макс | Соотношение | ||
| Общей золы | Декларация | % | ||
| Всего N | Декларация | % | ||
| pH | Декларация | 9,3 | pH | |
| Гранулометрический | Декларация | 52 | % Грубый | |
| 48 | % Fine | |||
| Тестовая категория B: Токсикант Reporting- Требуется для всех видов сырья | ||||
| Прорастание | Pass / Fail | Провал | ||
| Earthworm Избежание | Декларация | Недопущение | ||
| Полиароматических углеводородов (ПАУ) | 6-20 | мг / кг | ||
| Полихлорированные дифенилы (ПХД) | 0,2-0,5 | 1,2 | мг / кг | |
| Мышьяк | 12-100 | 167 | <1,0 | мг / кг |
| Кадмий | 1.4-39 | <1,0 | <1,0 | мг / кг |
| Хром | 64-1,200 | 206 | <20 | мг / кг |
| Кобальт | 40-150 | 5,3 <5,0 | мг / кг | |
| Медь | 63-1,500 | 558 | <5,0 | мг / кг |
| Ведущий | 70-500 | 314 | <10 | мг / кг |
| Меркурий | 1,000-17,000 | <5,0 | нг / г | |
| Молибден | 5-20 | <2,0 | <2,0 | мг / кг |
| Селен | 1-36 | <10 | <10 | мг / кг |
| Цинк | 200-7,000 | 498 | <15 | мг / кг |
| Хлор | Декларация | мг / кг | ||
| Натрий | Декларация | 6460 | <75 | мг / кг |
| ТестКатегория C: Биоуголь Расширенный анализ и почвы Повышение Properties- опционально для всех Biochars | ||||
| Минеральная N (аммония и нитрата) | Декларация | 2,6 | мг / кг | |
| Фосфор, общее | Декларация | мг / кг | ||
| Доступного фосфора | Декларация | 850 | мг / кг | |
| Летучее вещество | Декларация | % | ||
| Удельная площадь поверхности | Декларация | 373,6 | м 2 / г | |
| Катионообменная емкость | Декларация | 34,8 | смоль / кг | |
Таблица 3. Резюме критериев и характеристик для старых Биоуголь и сырья. Список биоугольред в этой таблице был произведен из строительных отходов, в то же пиролиза объекта, что и biochars, перечисленных в таблице 2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Все методы, перечисленные в протоколе были тщательно проверены и широко используются для почв. Как биоуголь характеристика все еще находится в зачаточном состоянии, эффективность этих методов богатого углеродом подложки был в значительной степени неизвестны. Таким образом, хотя сами эти методы не новы, их применение в плановом порядке характеризуют биоугля есть. С точки зрения контроля качества / качества, не было никаких проблем между любым из способов, по отношению к заготовок, находящихся ниже пределов обнаружения или извлечения является правильным для стандартных справочных материалов. Это указывает на то, что эти методы пригодны для использования для характеристики биоугля и других подобных углем материалов. Многие различные методы были использованы для характеристики biochars в литературе 20, 34-41 Однако, как биоуголь становится все более принята в качестве добавки почвы, обычные способы не требуется.
Емкость катионного обмена было только метоd, в которой возникла трудность. Способ для вычисления ЦИК образца зависит от массы образца и концентрации натрия в этой заданной массы. Биоуголь имеет очень низкую плотность и, следовательно, не гранулирования в нижней части трубки после центрифугирования, как почва делает. Таким образом, при декантации и отбрасывания супернатант с шагом 6 и 7 метода (4.4), важно, чтобы не потерять какой-либо из образца биоугля. Пипетки раствор из центрифуги требовалось, чтобы избежать каких-либо потерь образца.
Другие аналитические методы легко адаптировано из методов почвы. Максимальная и экспресс-анализ является специфическим для биоугля и аналогичных продуктов, таких как уголь, и, следовательно, как правило, не доступны в лабораториях, которые регулярно анализируют почвы. Другой способ (ASTM D1762) доступны для определения влажности, содержания летучих веществ и золы в угле сделанных специально из дерева. Этот метод также были также подходит для непосредственных Analysесть. При определении потери при прокаливании на процент органического вещества и процент влажности некоторые из них могут выбрать для выполнения этих анализов при температурах выше 420 ° C, особенно если biochars которых идет речь, производится с помощью очень высоких температурах пиролиза. В случае Данное исследование 420 ° С было достаточно, чтобы полностью пепел все biochars, и, хотя не обсуждается эта температура была достаточно высокой, даже в пепел активированный уголь.
Работа с биологическими организмами, такими как растения и червей часто может быть сложной задачей. Выбор соответствующих учебных организмов имеет особое значение. Беспозвоночных почвы Навозный червь часто используется в качестве модели земной организма в экспериментах загрязнения, потому что этот вид способен выжить при высоких концентрациях органических загрязнителей, очень хорошо изучены, и является экологически актуальны во многих районах земного шара 2, 28, 42 -46. Почвенных беспозвоночных игратьВажную роль в почвенной, так как они ухудшают органическое вещество, питательных веществ цикла и передачи воды. Люцерна видов растений "(М. Sativa) и тыквы (C. Pepo) были выбраны для прорастания анализов, как их обычно выращивают в Канаде и были использованы в нашей бесплатной работы на загрязнений восстановления 2, 3, 47. Тепличных условиях для прорастающие семена должны быть тщательно проверены, чтобы гарантировать надлежащее функционирование освещения и избежать резких колебаний температуры.
Характеристика биоугля имеет важное значение для его успешного применения, измеренные параметры указывают на эффективность различных biochars для различных приложений (т.е. является ли биоуголь подходит для загрязнений поглощения, улучшение качества почвы, загрязнений восстановление и т.д.). Поскольку методы, описанные здесь, являются широко доступными для анализа почвы, они являются экономически эффективным средством для characterizatион biochars, и должны широко применяться до широкомасштабного применения биоугля в этой области.
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) |
References
- Lehmann, J.
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- International. ASTM D3172-13. Standard Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke. , (2013).
- International. D3176-09. Standard Practice for Ultimate Analysis of Coal and Coke. , (2013).
- International. D5158-98. Standard Test Method for Determination of Particle Size of Powdered Activated Carbon by Air Jet Sieving. , (2005).
- 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).
- Method 8270D Semivolatile Organic Compounds by GC/MS. , (2007).
- International Biochar Inititive (IBI). Standardized Product Definition and Product Testing Guidelines for Biochar that is Used in Soil IBI-STD-1.1. , (2013).
- Demirbas, A. Biorefineries: Current activities and future developments. Energy Conversion and Management. 50 (11), 2782-2801 (2009).
- Bakker, R. Advanced biofuels from lignocellulosic biomass. The Biobased Economy: 'Biofuels, Materials and Chemicals in the Post-oil Era'. , 165 (2012).
- 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).
- McBeath, A. V., Smernik, R. J. Variation in the degree of aromatic condensation of chars. Org. Geochem. 40 (12), 1161-1168 (2009).
- 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).
- Yaman, S. Pyrolysis of biomass to produce fuels and chemical feedstocks. Energy Conversion and Management. 45, 651-671 (2004).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zimmerman, A. R. Abiotic and microbial oxidation of laboratory-produced black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1295-1301 (2010).
- 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).
- 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).
- Liang, B., et al. Black carbon increases cation exchange capacity in soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 70, 1719-1730 (2006).
- 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).
- 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).
- Lee, J. W., et al. Characterization of biochars produced from cornstovers for soil amendment. Environ. Sci. Technol. 44 (20), 7970-7974 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wu, W., et al. Chemical characterization of rice straw-derived biochar for soil amendment. Biomass Bioenergy. 47, 268-276 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Environment Canada (EC) Biological Test Method: Tests for Toxicity of Contaminated Soil to Earthworms ('andrei', 'Eisenia fetida', or 'Lumbricus terrestris) EPS1/RM/43. , (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
