تولید‬ ‫بیوچار‬ ‫کیفیت‬ ‫تغییرات‬ ‫شده‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫کاه‬ ‫طی‬ ‫در‬ ‫گندم‬ ‫کلش‬ ‫فرآیند‬ ‫پیرولیز‬ ‫آهسته‬ ‫مختلف‬ ‫دماهای‬ ‫در

June 9, 2018 | Author: یاسر جوری | Category: Documents


Comments



Description

‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‪ /‬جلد ‪ 62‬شماره ‪ /6‬تابستان ‪1593‬‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز‬ ‫آهسته در دماهای مختلف‬ ‫‪*2‬‬

‫مهدی بهشتی‪ ،1‬حسینعلی علیخانی‬ ‫تاریخ دریافت‪ 39/8/02 :‬تاریخ پذیرش‪39/3/71 :‬‬

‫‪-7‬دانشجوی کارشناسی ارشد علوم مهندسی خاک‪ ،‬گرایش بیولوژی و بیوتکنولوژی‪ ،‬دانشگاه تهران‬ ‫‪ -0‬استاد گروه مهندسی و علوم خاک‪ ،‬پردیس کشاورزی و منابع طبیعی‪ ،‬دانشگاه تهران‪ ،‬کرج‬ ‫*مسئول مکاتبه‪[email protected] :‬‬

‫چکیده‬ ‫به تازگی بیوچار بهدلیل پتانسیل بهبود حاصلخیزی خاک‪ ،‬غیرمتحرک کردن آلودگیها و همچنین یک روش‬ ‫مناسب برای متوقف کردن کربن و بهعنوان مخزن کربن مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است‪ .‬در این تحقیق‪،‬‬ ‫یک سری بیوچار از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف (‪ 022 ،022 ،922 ،922‬و ‪122‬‬ ‫درجه سسلسیوس) تولید و ویژگیهای فیزیکی وشیمیایی آنها تعیین شد‪ .‬عملکردبیوچار‪ ،‬محتوای خاکستر‪ ،‬مقدار عناصر‬ ‫غذایی و سایر خصوصیات فیزیکوشیمیایی در تیمارها نسبت به ماده خام برای بررسی اثر درجه حرارت پیرولیز بر‬ ‫بیوچار کاه و کلش گندم و تعیین بهترین دمای پیرولیز برای تبدیل کاه و کلش به بیوچار برای استفاده در کشاورزی‬ ‫انجام گردید‪ .‬آزمایشات با افزایش تدریجی دما بین ‪ 922-122‬درجه سسلسیوس‪ ،‬عملکرد بیوچار‪ ،‬مقدار نیتروژن کل و‬ ‫کربن آلی کاهش یافت‪ .‬در حالی که ‪ ،pH‬قابلیت هدایت الکتریکی‪ ،‬مقدار خاکستر و پایداری کربن افزایش نشان داد‪.‬‬ ‫همچنین درصد عملکرد بین ‪ 08/99 -08/90‬درصد از ماده خام‪ ،‬پایداری کربن آلی ‪ 00/90-30/79‬درصد و ‪ pH‬بین‬ ‫‪ 1/9-72/3‬بود‪ .‬حداکثر مقدار تبدیل کربن آلی ماده خام به کربن آلی پایدار در بیوچار در ‪ 022‬درجه سلسیوس رخ داد‪.‬‬ ‫مقدار گروه های عاملی با افزایش دمای پیرولیز در بیوچار کاه و کلش گندم کاهش یافت‪ ،‬با این وجود‪ ،‬اسیدیته کل گروه‪-‬‬ ‫های عاملی با افزایش دمای پیرول یز بیوچار کاه و کلش افزایش داشت‪ .‬برای استفاده کشاورزی بیوچار کاه وکلش گندم‪،‬‬ ‫دمای ‪ 922‬درجه سسلسیوس و برای ترسیب کربن بیوچار ‪ 022‬درجه سلسیوس پیشنهاد میشود‪.‬‬ ‫واژههای کلیدی‪ :‬بیوچار‪ ،‬پایداری کربن‪ ،‬دمای پیرولیز‪ ،‬عملکرد‪ ،‬کاه و کلش گندم‪ ،‬مقدار عناصر‬

0991 ‫ تابستان‬/6/ ‫ شماره‬62 ‫ جلد‬/‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‬

.... ‫ علیخانی و‬،‫بهشتی‬

091

Quality Variations of Biochar Generated from Wheat Straw During Slow Pyrolysis Process at Different Temperatures Mehdi Beheshti1, Hosseinali Alikhani2* Received: November 11, 2014 Accepted: December 8, 2015 1-MSc Student, Soil Biology and Biotecnology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran. 2-Prof., Soil Biology and Biotecnology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran. * Corresponding Author: [email protected]

Abstract Biochar has received great attention by many researchers recently due to its potential to improve soil fertility and immobilize contaminants and is proper as a way of carbon sequestration and therefore a possible carbon sink. In this work, a series of biochar were produced from wheat straw by slow pyrolysis at different temperatures (300, 400, 500, 600 and 700 ◦C) and their physicochemical properties were analyzed. Biochar yield, ash content, the amount of nutrients and other physicochemical properties in the all treatment of the raw material for the effect of temperature on the wheat straw biochar and to determine the best temperature pyrolysis temperature for converting wheat straw to biochar with agricultural usage. As temperature increased incrementally from 300 to 700◦C, biochar yield, total N content and organic carbon (OC) decreased while pH, EC, ash content and OC stability increased. The generated biochars production caused yields 28.34-58.32 % of feed mass, stable OC % 65.32-92.14 and pH 7.4-10.9. The maximal transformation of feed OC into biochar recalcitrant OC occurred at 500 ◦C. There were reductions in the amount of functional groups as pyrolysis temperature increased for wheat straw biochar. However, total acidity of the functional groups increased with pyrolysis temperature increased for wheat straw biochar. To produce agricultural-use wheat straw biochar, 300 ◦C should be is suggested in pyrolysis process and for carbon sequestration biochar 500 ◦C is recommended.

Keywords: Biochar, Carbon Stability, Nutrient Content, Pyrolysis Temperature, Wheat Straw, Yeild.

‫آب و هوا از طریق توقف بلند مدت کربن در خاک‬

‫مقدمه‬

‫ ضایعات‬.)0272 ‫پیشنهاد شده است (وولف و همکاران‬

‫بیوچار یک محصول جانبی است که بر اثر فرآیند‬

،‫کشاورزی عمدتاً از مواد لیگنوسلولزی شامل سلولز‬

‫پیرولیز زیستتوده تولید شده و بهعنوان یک مخزن‬

‫ سلولز یک نوع پلیمر‬.‫همی سلولز و لیگنین میباشند‬

‫شیمیایی و بیولوژیکی پایدار کربن در خاک در نظر‬

‫منظم از گلوکز با زنجیرههای طویل و ساختار منظم‬

‫ کاربرد بیوچار‬.)0222‫گرفته میشود (اشمیت و نوواک‬

‫ پلیساکاریدی از زنجیره قند با‬،‫ همیسلولز‬.‫میباشد‬

‫در خاک بهعنوان یک روش برای جلوگیری از تغییرات‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬

‫‪090‬‬

‫آرایش شاخهای طویل میباشد‪ .‬لیگنین متشکل از‬

‫برای تولید بیوچار استفاده میشود اغلب ارزش‬

‫مونومرهایی بوده که با یکدیگر پیوند داده و به صورت‬

‫اقتصادی کم و یا بدون ارزش اقتصادی میباشند و‬

‫مولکولهایی با زنجیره طویل تشکیل شده است‪ .‬ترکیب‬

‫مشکل دفع دارند‪ .‬در مالزی ساالنه حدود ‪ 7/0‬میلیون تن‬

‫همیسلولز و لیگنین از یک گونه گیاهی به گونه دیگر با‬

‫ضایعات کشاورزی در محلهای دفع زباله امحاء‬

‫هم متفاوت میباشد‪ .‬بیوچار یک محصول جانبی غنی از‬

‫میگردد ( تاسی و همکاران ‪ .)0221‬بنابراین نیاز به‬

‫کربن میباشد که با گرما دادن زیستتوده تحت شرایط‬

‫تبدیل این مواد زائد به محصوالت جانبی با هزینه کم و‬

‫اکسیژن محدود یا بدون اکسیژن که اصطالحاً به آن‬

‫مفید بهخوبی احساس میگردد‪ .‬تبدیل این مواد زائد به‬

‫گرماکافت‪ 1‬گفته میشود ایجاد میشود (کووکانا و‬

‫بیوچار که ارزش اقتصادی قابل توجهی دارد و به بهبود‬

‫همکاران ‪ .)0277‬پیرولیز (تجزیه بر اثر حرارت یا‬

‫محیط زیست کمک میکند‪ ،‬میتواند یک روش خوب‬

‫گرماکافت) ممکن است منجر به تولید بیوچاری گردد که‬

‫برای دفع این مواد زائد باشد‪ .‬همچنین این عمل به‬

‫نسبت به تجزیه بسیار مقاوم است (تیس و ریلیج‬

‫کاهش هزینههای دفع زباله نیز کمک میکند‪ .‬اخیرا با‬

‫‪ .)0223‬فرآیند پیرولیز تا حد زیادی ویژگیهای بیوچار‬

‫توجه به پدیده گرم شدن کره زمین و تاثیر آن بر روی‬

‫و پتانسیل استفاده از آن در کشاورزی و محیط زیست‬

‫محیط زیست توجه به فرآیندهای سازگار با محیط‬

‫را تحت تأثیر قرار میدهد ‪ .‬طبق گفته ماچیو و همکاران‬

‫زیست افزایش یافته است‪ .‬روشهای حرارتی مورد‬

‫(‪ )7330‬فرآیند پیرولیز بر اساس محدوده دما به سه‬

‫استفاده برای بدست آوردن انرژی از زیست توده که‬

‫کالس‪ .7 :‬پیرولیز آهسته (‪ 022-302‬درجه سلسیوس)‪،‬‬

‫پیرولیز نامیده میشود بهطور فزایندهای مورد توجه‬

‫پیرولیز سریع (‪ 802-7002‬درجه سلسیوس) و پیرولیز‬

‫قرار گرفته است‪ .‬تولید انرژی از مواد تجدیدپذیر و‬

‫خیلی سریع ( ‪ 7202-7922‬درجه سلسیوس) تقسیم‬

‫محصوالت زیستی از مواد غیرمغذی زیست توده یک‬

‫میشود‪ .‬کاربرد بیوچار در کشاورزی در کشورهای‬

‫راهبرد پایدار برای رسیدن به انرژی و چالشهای‬

‫آسیایی و حارهای از لحاظ تاریخی مستند است‪.‬‬

‫تغییرات آب و هوایی در سراسر جهان است (دمیرباس‬

‫مشخصه اصلی بیوچار پایداری آن در خاک بهعلت‬

‫‪ .)0227‬استفاده از ذغال زیستی (بیوچار) و کربن فعال‪،‬‬

‫تغییرات شیمیایی در ساختار آن‪ ،‬عمدتا با تشکیل‬

‫یک راهبرد مهم برای افزایش مواد آلی خاک و کاهش‬

‫ساختار آروماتیک و هتروسیکلیک‪ 2‬کربنی میباشد‬

‫انتشار گازهای گلخانهای در کشاورزی محسوب‬

‫(لهمان و همکاران ‪ .)0221‬اضافه کردن مواد بیوچار‬

‫میشود (لهمان ‪ ،)0221‬زیرا این فرآیند محصوالت با‬

‫شده به خاک ترکیب شیمیایی ماده آلی خاک را با جذب‬

‫کیفیتتری را نسبت به هر فرآیند حرارتی دیگر تولید‬

‫کربن آلی محلول تغییر میدهد (پیتیکاینن و همکاران‬

‫میکند‪ .‬هر چند این فرآیند هنوز در مرحله توسعه‬

‫‪ ) 0222‬و گروههای آروماتیک و کربوکسیلیک در مواد‬

‫میباشد‪ ،‬میتواند برای تبدیل مستقیم زیست توده به‬

‫هومیک خاک افزایش میدهند (نواک و همکاران ‪.)0272‬‬

‫ترکیبات جامد‪ ،‬مایع و گازی تحت تجزیه بر اثر حرارت‬

‫این تغییرات باعث مقاومت ماده آلی خاک در برابر‬

‫در محیط عاری از اکسیژن قرار گیرد (گویال و همکاران‬

‫تخریب میکروبی و معدنی شدن میشود‪ ،‬در نتیجه ماده‬

‫‪ .)0228‬از دیگر اثرات سودمند کاربرد بیوچار در‬

‫آلی خاک میتواند از چند صد تا چند هزار سال در خاک‬

‫خاکهای کشاورزی‪ ،‬بهبود نگهداری آب در خاک‪،‬‬

‫باقی بماند (لهمان و همکاران ‪ .)0221‬موادی زائدی که‬

‫افزایش ظ رفیت تبادل کاتیونی و تعامل با چرخه مواد‬ ‫غذایی خاک از طریق تعدیل ‪ pH‬خاک و کاهش‬

‫‪1Pyrolysis‬‬ ‫‪2 Heterocyclic‬‬

‫شستشوی عناصر غذایی در خاک میباشد (گالسر‬

‫‪096‬‬

‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‪ /‬جلد ‪ 62‬شماره ‪ /6/‬تابستان ‪0991‬‬

‫بهشتی‪ ،‬علیخانی و ‪....‬‬

‫‪ .)0221‬کاه و کلش گندم فراوانتر از سایر پسماندهای‬

‫رفته یا بهعنوان خوراک دام استفاده میشود‪ .‬میتوان با‬

‫غالت میباشد‪ .‬بورانوو و ماززا در سال ‪ 0228‬گزارش‬

‫استفاده از روشهای نوین مانند تولید بیوچار از این‬

‫کردند که تولید جهانی کاه و کلش گندم تقریبا حدود‬

‫ضایعات استفاده بهتری کرد‪ .‬لذا هدف اصلی این تحقیق‬

‫‪ 003‬میلیون تن در سال میباشد که بهطور عمده در‬

‫بررسی تأثیر دمای پیرولیز بر کیفیت بیوچار تولید شده‬

‫آسیا (‪ ،)% 99‬اروپا (‪ )%90‬و آمریکای شمالی (‪)%70‬‬

‫از کلش گندم در دماهای مختلف جهت استفاده در‬

‫تولید میشود‪ .‬کاه و کلش گندم بهعلت قابلیت‬

‫کشاورزی میباشد‪.‬‬

‫تجدیدپذیری ساالنه و فراونی باال‪ ،‬ماده اولیه مناسبی‬ ‫برای تولید بیوچار میباشد‪ .‬اخیرا تحقیقاتی در مورد‬

‫مواد و روشها‬

‫تاثیر دمای پیرولیز بر عملکرد و ترکیب بیوچار تولید‬

‫آماده سازی و تجزیه کاه و کلش گندم‬

‫شده از کاه و کلش یوالف و کود مرغی به وسیله آتیس‬

‫مواد اولیه کاه و کلش گندم از مزرعه پردیس‬

‫و ایسکیج (‪ )0228‬و سونگ و همکاران (‪ )0270‬انجام‬

‫کشاورزی و منابع طبیعی کرج جمعآوری و به‬

‫گرفته است‪ .‬ترکیب شیمیایی بیوچار به نوع ماده اولیه و‬

‫آزمایشگاه منتقل شد‪ ،‬سپس نمونهها برای همگنسازی‬

‫شرایط پیرولیز بستگی دارد (چن و ژو ‪ .)0223‬در ایران‬

‫به وسیله آسیاب خرد شد و از الک ‪ 0‬میلیمتری عبور‬

‫‪ 0/0‬میلیون هکتار از اراضی‪ ،‬تحت کشت گندم آبی و‬

‫داده شد‪ .‬بعضی از ویژگیهای کاه و کلش در جدول‪7‬‬

‫دیم قرار دارد و ساالنه در کشور ‪ 70/0‬میلیون تن گندم‬

‫آمده است‪.‬‬

‫تولید میشود‪ .‬ساالنه حدود ‪ 7/0‬میلیون تن کاه و کلش‬ ‫گندم در کشور تولید میشود که اکثرا در زمین هدر‬ ‫جدول ‪ -1‬برخی از ویژگیهای کاه وکلش خام مورد استفاده برای تولید بیوچار‬ ‫خصوصیت‬ ‫مقدار‬

‫مقدارماده‬

‫مقدارخاکستر‬

‫آلی (‪)%‬‬

‫(‪)%‬‬

‫‪30/90‬‬

‫‪1/08‬‬

‫چگالی‬ ‫ظاهری‬

‫)‪pH(1:5‬‬

‫)‪EC(dS.m-1‬‬

‫‪%N‬‬

‫‪%P‬‬

‫‪%K‬‬

‫‪%Ca‬‬

‫‪%Mg‬‬

‫‪% Na‬‬

‫‪3‬‬

‫( ‪)g/cm‬‬ ‫‪2/08‬‬

‫‪0/09‬‬

‫تهیه بیوچار‬

‫‪0/98‬‬

‫‪2/919‬‬

‫‪2/719‬‬

‫‪2/099‬‬

‫‪2/779‬‬

‫‪2/210‬‬

‫‪2/200‬‬

‫ساعت در داخل کوره الکتریکی با نرخ افزایش دمای ‪02‬‬

‫برای تهیه بیوچار‪ ،‬نمونهها در شرایط فاقد‬

‫درجه سلسیوس در دقیقه در دماهای ‪،022 ،922 ،922‬‬

‫اکسیژن (با استفاده از شمع) درون کوره الکتریکی قرار‬

‫‪ 022‬و ‪ 122‬درجه سلسیوس قرار داده شد ( روش‬

‫داده شد‪ .‬برای این کار نمونهها را ابتدا در داخل ظروف‬

‫اصالح شده کیم و همکاران ‪ .)0270‬دمای ‪ 922‬تا ‪122‬‬

‫دربدار ریخته و به دقت توزین شد‪ .‬سپس برای ایجاد‬

‫درجه سلسیوس به این دلیل انتخاب شد که در دمای‬

‫شرایط کم یا بدون اکسیژن‪ ،‬چندین شمع در داخل کوره‬

‫کمتر از ‪ 922‬درجه سانتیگرد همه کاه و کلش به‬

‫روشن شد تا اکسیژن باقیمانده در محیط درون کوره‬

‫بیوچار تبدیل نمیشود و در دمای باالتر از ‪ 122‬درجه‬

‫و همچنین ظروف حاوی مواد اولیه یا مقدار آن به‬

‫سلسیوس عملکرد به شدت کاهش مییابد ( لئو و‬

‫حداقل رسیده و شرایط برای انجام فرآیند پیرولیز‬

‫همکاران ‪.)0229‬‬

‫فراهم شود‪ .‬درب کوره با گریس نسوز کامالً درزگیری‬ ‫شد و نمونههای ماده آلی کلش گندم به مدت زمان ‪9‬‬

‫‪099‬‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬ ‫تجزیه بیوچار‬

‫پر کند‪ .‬چگالی ظاهری از وزن کردن مجدد سیلندر‬

‫مقدار عناصر غذایی بیوچار‬

‫بدست آمد‪ ،‬و در نهایت چگالی ظاهری (‬

‫کربن آلی بیوچار به روش هضم خشک‪،‬‬

‫بیوچار از فرمول ]‪ [0‬محاسبه شد (سونگ و همکاران‬

‫نیتروژن با دستگاه کجلدال‪ ،‬فسفر با روش زرد (مولیبدو‬

‫‪.)0270‬‬

‫وانادات) پتاسیم و سدیم با روش هضم با اسید (هضم‬

‫فرمول ]‪[0‬‬

‫تر) (رایان و همکاران ‪ ،)0221‬کلسیم و منیزیم با روش‬ ‫تیتراسیون با ‪ EDTA‬اندازهگیری شد‪.‬‬ ‫‪ pH‬و قابلیت هدایت الکتریکی (‪)EC‬‬ ‫بیوچار (کوچکتر از ‪ 0‬میلیمتر) با آب مقطر با‬ ‫نسبت ‪ ( 7:0‬آب‪/‬بیوچار) برای ‪ 09‬ساعت با تکان دادن‬ ‫اتفاقی خیسانده شد‪ .‬سپس مقدار ‪ pH‬با دستگاه ‪ pH‬متر‬ ‫مدل ‪ EYELA‬اندازهگیری شد (هالوشاک ‪ )0220‬و‬ ‫قابلیت هدایت الکتریکی با هدایت سنج مدل‬

‫‪JENWAY-‬‬

‫‪ 4320‬اندازهگیری شده و نتایج برحسب ‪ dS.m-1‬در دمای‬ ‫‪ 00‬درجه سلسیوس گزارش شد (هالوشاک ‪.)0220‬‬

‫مقدار خاکستر‬ ‫مقدار خاکستر بیوچار طبق روش استاندارد‬ ‫‪ ASTM D-2866‬اندازهگیری شد‪ .‬بهطور خالصه‪ 0 ،‬گرم‬ ‫نمونه آون خشک در داخل بوته چینی ریخته و به مدت‬ ‫‪ 8‬ساعت در دمای ‪ 022‬درجه سلسیوس در حضور‬ ‫اکسیژن کافی حرارت داده شد‪ .‬سپس بوته در داخل‬ ‫دسیکاتور در دمای اتاق قرار داده شد تا سرد شود و‬ ‫دوباره توزین گردید‪ .‬مقدار خاکستر از فرمول‬

‫]‪[9‬‬

‫محاسبه شد ) سونگ و همکاران ‪.)0270‬‬

‫عملکرد بیوچار‬ ‫عملکرد بیوچار بهعنوان وزن بیوچار تولید شده‬ ‫در واحد وزن خشک ماده اولیه از طریق فرمول‬

‫فرمول ]‪[9‬‬ ‫= مقدار خاکستر(‪)%‬‬

‫]‪[7‬‬

‫محاسبه شد ) سونگ و همکاران ‪.)0270‬‬ ‫فرمول ]‪[7‬‬

‫پایداری کربن بیوچار‬ ‫پایداری کربن بیوچار در برابر معدنی شدن با‬ ‫استفاده از روش دیکرومات مورد بررسی قرار گرفت‪.‬‬ ‫بهطور خالصه‪ 2/7 ،‬گرم از بیوچار (ذرات کوچکتر از‬ ‫‪ 2/70‬میلیمتر) در داخل یک فالسک ‪ 022‬میلیمتری‬

‫چگالی ظاهری‬ ‫چگالی ظاهری یک ماده برابر جرم واحد ماده بر‬ ‫واحد حجم آن میباشد‪ .‬این ویژگی یک پارامتر ضروری‬ ‫در طراحی محفظههای تولید بیوچار و تهیه ماده اولیه‬ ‫برای پر کردن کامل ظرفها میباشد‪ .‬چگالی ظاهری‬ ‫نمونهها طبق روش ‪ ASTM D-285‬با کمی اصالح‬ ‫اندازهگیری شد‪ .‬برای این منظور بیوچار را داخل‬ ‫سیلندر شیشهای ‪ 722‬میلیلیتری‬

‫با وزن مشخص‬

‫ریخته و داخل آن از بیوچار پر شد و به مدت ‪ 7‬دقیقه‬ ‫روی ویبریتور قرار دادهشد تا بیوچار داخل سیلندر را‬

‫وزن شد‪ ،‬در ادامه ‪ 72‬میلیلیتر از محلول ‪ 2/701‬موالر‬ ‫‪ K2Cr2O7‬و ‪ 02‬میلیلیتر ‪ H2SO4‬غلیظ اضافه و به دمای‬ ‫اتاق رسانده شد‪ .‬سپس محلول بدست آمده با استفاده‬ ‫از آب مقطر به حجم ‪ 002‬میلیلیتر رسانده شد‪722 .‬‬ ‫میلیلیتر از محلول رویی با پیپت برداشته و در داخل‬ ‫یک فالسک ‪ 002‬میلیلیتری ریخته شد و با استاندارد‬ ‫‪ FeSO4‬نیم موالر تازه تیتر گردید و از محلول آبی‬ ‫فنانترولین ‪ 7/0‬درصد بهعنوان شاخص نقطه پایان‬ ‫استفاده شد‪ .‬شاهد‪ ،‬نمونه بدون بیوچار بود‪ .‬کربن‬

‫بهشتی‪ ،‬علیخانی و ‪....‬‬

‫‪091‬‬

‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‪ /‬جلد ‪ 62‬شماره ‪ /6/‬تابستان ‪0991‬‬

‫ناپایدار از طریق فرمول ]‪ [9‬بدست آمد (اسچوماچر‬

‫ساعت در دمای اتاق نگهداری شد‪ ،‬سپس بیوچار با‬

‫‪.)0220‬‬

‫استفاده از آب مقطر به اندازهای شستشو داده شد تا‬

‫فرمول ]‪[9‬‬

‫‪ Cl-1‬آن باقی نماند و نمونهها در دمای ‪ 720‬درجه‬ ‫= کربن ناپایدار (‪)g.Kg-1‬‬

‫سلسیوس آون خشک شدند‪ .‬تعداد ‪ 9‬نمونه ‪ 2/0‬گرمی‬ ‫از بیوچار خشک شده توزین شد و به هر یک ‪02‬‬ ‫میلیلیتر از محلولهای ‪ 2/7 NaOH‬موالر‪2/7Na2CO3 ،‬‬

‫‪ V0‬حجم ‪ FeSO4‬مصرفی برای تیتر شاهد (‪،)mL‬‬

‫موالر و ‪ 2/20 NaHCO3‬موالر اضافه گردید و سپس به‬

‫‪ V‬حجم ‪ FeSO4‬مصرفی برای تیتر نمونه بیوچار می‪-‬‬

‫مدت ‪ 09‬ساعت در دمای اتاق تکان داده شدند‪ .‬محلولها‬

‫باشد‪ ،‬و ‪ C‬موالریته محلول استاندارد ‪ FeSO4‬میباشد‪.‬‬

‫از فیلتر ‪ 2/00‬میکرومتر عبور داده شدند و ‪ 72‬میلیلیتر‬

‫کربن آلی پایدار بیوچار از تفاوت بین کربن آلی کل و‬

‫از محلول صاف شده به داخل ارلن ‪ 722‬میلیلیتری‬

‫کربن آلی ناپایدار بدست آمد‪.‬‬

‫منتقل شد‪ ،‬سپس ‪ 70‬میلیلیتر محلول ‪ 2/7 HCL‬موالر‬ ‫اضافه شد و نمونه ها با استفاده از محلول استاندارد‬

‫ظرفیت نگهداری آب‬ ‫ظرفیت نگهداری آب (‪ )WHC‬یک پارامتر مهم‬

‫‪ 2/7 NaOH‬موالر تازه تیتر شدند و از فنل فتالئین‬ ‫بهعنوان معرف استفاده شد‪ .‬مقدار ‪ NaOH‬و‬

‫‪NaHCO3‬‬

‫برای اندازهگیری توانایی بیوچار در نگهداری آب توسط‬

‫تیتر شده به ترتیب گروههای عاملی اسیدی کل و گروه‪-‬‬

‫نیروهای همچسبی و دگرچسبی میباشد‪ .‬برای‬

‫های کربوکسیل را نشان میدهد‪ .‬تفاوت بین ‪ NaOH‬و‬

‫اندازهگیری ظرفیت نگهداری آب بیوچار‪ 70 ،‬گرم‬

‫‪ Na2CO3‬تیتر شده مربوط به گروههای فنول و تفاوت‬

‫بیوچار آون خشک با آب مقطر به مدت ‪ 09‬ساعت اشباع‬

‫بین ‪ Na2CO3‬و ‪ NaHCO3‬تیتر شده مربوط به گروههای‬

‫گردید‪ .‬سپس مخلوط به یک ستون شیشهای منتقل شد‬

‫الکتون میباشد (سونگ و همکاران ‪.)0270‬‬

‫و فشار خالء ‪ 2/0‬بار برای ‪ 72‬دقیقه به ستون اعمال‬ ‫گردید تا هوای محبوس شده در منافذ بیوچار خارج‬

‫آنالیز دادهها‬

‫شود‪ .‬ستون ‪ 09‬ساعت دیگر نگهداری شد‪ .‬سپس ستون‬

‫ارور بارهای به دست آمده برای تیمارها‬

‫‪standard‬‬

‫تحت فشار خالء ‪ 2/7‬اتمسفر قرار داده شد تا آب ثقلی‬

‫‪ deviations‬می باشد که با استفاده از نرم افزار‬

‫‪SAS 9.2‬‬

‫از آن خارج شود‪ .‬مقدار آب باقیمانده در بیوچار داخل‬

‫بست آمده است که از طریق فرمول‪±tpSx :‬میانگین‬

‫ستون به روش وزنی تعیین شد‪ .‬ظرفیت نگهداری طبق‬

‫محاسبه شد‪ .‬تمام نمودارها به کمک نرمافزار‬

‫فرمول ] ‪ [0‬بدست آمد (سونگ و همکاران ‪.)0270‬‬

‫‪ 2013‬رسم گردید‪.‬‬

‫‪Excel‬‬

‫فرمول ]‪[0‬‬

‫نتایج وبحث‬ ‫مقدار عناصر بیوچار کاه و کلش‬ ‫گروههای عاملی اسیدی‬

‫با افزایش دمای پیرولیز مقدار عناصر ‪،Ca ،P ،K‬‬

‫گروههای عاملی اسیدی در کاه و کلش گندم به‬

‫‪ Na‬و‪ Mg‬نسبت به دمای ‪ 922‬درجه سلسیوس افزایش‬

‫روش تیتراسیون (سونگ و همکاران ‪ )0270‬اندازهگیری‬

‫یافت (جدول ‪ .)0‬تغییرات در عناصر غذایی بیوچار با‬

‫شد‪ .‬بهطور خالصه‪ ،‬بیوچار(ذرات کوچکتر از ‪2/80‬‬

‫افزایش درجه حرارت بهعلت تأثیر دما بر ترکیب و‬

‫میلیمتر) با اسید ‪ 2/7 HCL‬موالر با نسبت ‪ 7‬به ‪02‬‬

‫ساختار شیمیایی بیوچار میباشد‪ .‬عالوه بر این افزایش‬

‫(نسبت بیوچار به محلول) مخلوط شد و به مدت ‪09‬‬

‫غلظت عناصر با افزایش دما به جزء بندی و یا تبخیر‬

‫‪091‬‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬ ‫عناصر در دماهای باالتر بستگی دارد (حسین و‬

‫کل با افزایش دمای پیرولیز کاهش و مقدار عناصر ‪،K‬‬

‫همکاران‪ .)0277‬کالستون و همکاران (‪ )0279‬با بررسی‬

‫‪ Na ،Ca ،P‬و‪ Mg‬افزایش یافت ولی این تغییرات هیچ‬

‫بیوچار شلتوک برنج گزارش کردند که مقدار نیتروژن‬

‫الگوی مشخصی را نشان نداد‪.‬‬

‫جدول ‪ -2‬ترکیب شیمیایی بیوچار کاه وکلش بعد از فرآیند پیرولیز در دماهای مختلف‬ ‫دمای پیرولیز (درجه سلسیوس)‬

‫مقدار عنصر(‪)%‬‬ ‫‪922‬‬

‫‪922‬‬

‫‪022‬‬

‫‪022‬‬

‫‪122‬‬

‫‪OC‬‬

‫‪09/00‬‬

‫‪01/08‬‬

‫‪99/90‬‬

‫‪90/90‬‬

‫‪08/03‬‬

‫‪N‬‬

‫‪2/000‬‬

‫‪2/107‬‬

‫‪2/009‬‬

‫‪2/010‬‬

‫‪2/907‬‬

‫‪P‬‬

‫‪2/780‬‬

‫‪2/730‬‬

‫‪2/730‬‬

‫‪2/730‬‬

‫‪2/738‬‬

‫‪K+‬‬

‫‪2/008‬‬

‫‪2/010‬‬

‫‪2/037‬‬

‫‪2/080‬‬

‫‪2/088‬‬

‫‪Ca2+‬‬

‫‪2/790‬‬

‫‪2/708‬‬

‫‪2/718‬‬

‫‪2/783‬‬

‫‪/739‬‬

‫‪Mg2+‬‬

‫‪2/230‬‬

‫‪2/720‬‬

‫‪2/721‬‬

‫‪2/779‬‬

‫‪2/779‬‬

‫‪Na+‬‬

‫‪2/209‬‬

‫‪2/203‬‬

‫‪2/210‬‬

‫‪2/280‬‬

‫‪2/283‬‬

‫‪ pH‬و‪ EC‬بیوچار کاه و کلش گندم‬

‫شده است (تسای و همکاران ‪ .)0270‬همانطور که در‬

‫دامنه ‪ pH‬بیوچار کاه و کلش گندم بین ‪ 1/9‬تا‬

‫جدول ‪ 0‬مشاهده شد با افزایش دمای فرآیند پیرولیز‬

‫‪ 72/3‬بود که با افزایش دمای فرآیند پیرولیز افزایش‬

‫مقدار عناصر قلیایی در بیوچار افزایش یافت که این‬

‫یافت (شکل ‪ -7‬الف)‪ .‬سونگ و همکاران (‪ )0270‬افزایش‬

‫باعث افزایش ‪ pH‬میشود و همچنین در شکل (‪ -0‬ب)‬

‫‪ pH‬بیوچار در کود مرغی با افزایش دمای فرآیند‬

‫مشاهده میشود که درصد خاکستر بیوچار با افزایش‬

‫پیرولیز از ‪ 922‬تا ‪ 022‬درجه سلسیوس را گزارش‬

‫دما افزایش یافت که این بر افزایش ‪ pH‬اثر دارد‪.‬‬

‫کردند‪ ،‬آنان عنوان کردند که این افزایش بهعلت افزایش‬

‫محدوده ‪ EC‬بیوچار کاه و کلش بین ‪ 1/7‬تا ‪78/1‬‬

‫مقدار ‪ Mg0+،Ca0+،K+‬و‪ Na+‬در بیوچار کود مرغی‬

‫بود‪ .‬با افزایش دمای فرآیند پیرولیز مقدار ‪ EC‬افزایش‬

‫میباشد‪ .‬بهطور کلی بیوچار قلیایی است‪ .‬گاسکین و‬

‫یافت (شکل ‪ -7‬ب)‪ .‬افزایش مقدار هدایت الکتریکی با‬

‫همکاران (‪ )0228‬گزارش کردند که بیوچارهای‬

‫افزایش دما ممکن است مربوط به افزایش مقدار خاکستر‬

‫کودمرغی‪ ،‬پوست بادام زمینی و چوب درخت کاج تولید‬

‫باشد (کالستون و همکاران ‪ .)0279‬این امر بهدلیل از‬

‫شده در دمای پیرولیز‪ 922‬درجه سلسیوس به ترتیب‬

‫دست دادن مواد فرار و افزایش غلظت عناصر در بخش‬

‫دارای ‪ 72/0 ،72/7 pH‬و ‪ 1/0‬میباشد‪ .‬کالستون و‬

‫خاکستر میباشد (کیم و همکاران ‪ .)0270‬به خصوص‬

‫همکاران (‪ )0279‬افزایش ‪ pH‬را در بیوچار شلتوک برنج‬

‫مقدار باالی ‪ K+‬در بخش خاکستر بهعلت تحرک باال‬

‫با افزایش دمای فرآیند گرماکافت گزارش کردند‪ .‬این‬

‫باعث افزایش هدایت الکتریکی میشود (ژوزف و‬

‫بهعلت جدا شدن مواد معدنی از بخش آلی هنگامی که‬

‫همکاران ‪.)0221‬‬

‫بیوچار در دمای باالتر از ‪ 902‬درجه سلسیوس تشکیل‬

‫‪092‬‬

‫بهشتی‪ ،‬علیخانی و ‪....‬‬

‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‪ /‬جلد ‪ 62‬شماره ‪ /6/‬تابستان ‪0991‬‬

‫شکل ‪ -1‬تغییرات (الف) ‪ pH‬و (ب) ‪ EC‬بیوچار تولید شده از کلش گندم در دماهای مختلف‬

‫مقدار خاکستر و عملکرد بیوچار کاه و کلش گندم‬

‫مقدار خاکستر بیوچاار باا افازایش دماا افازایش‬

‫محدوده عملکرد بیوچار در کاه و کلش گندم بین‬

‫یافت ‪ .‬کمترین مقدار آن در دمای ‪ 922‬درجه سلسایوس‬

‫‪ 08/90‬درصد در دمای ‪ 922‬درجه سلسیوس تاا ‪08/99‬‬

‫و برابر ‪ 93/00‬درصاد و بیشاترین مقادار آن در دماای‬

‫درصد در دمای ‪ 122‬درجه سلسیوس میباشد (شاکل‪0‬‬

‫‪ 122‬برابر ‪ 10/90‬درصد بود‪ .‬افازایش درصاد خاکساتر‬

‫‪-‬الف)‪ .‬دمبریس (‪ )0229‬گزارش کرد که عملکرد بیوچار‬

‫در بیوچار چوب درخت کاج در دمای باین ‪ 922‬تاا ‪022‬‬

‫به واکنشهای تخریب سلولز و فرآیناد پلیمریازه شادن‬

‫درجااه سلساایوس توسااط وانااگ و همکاااران (‪)0270‬‬

‫زیست توده بستگی دارد‪ .‬کاهش عملکرد بیوچار شلتوک‬

‫گزارش شده است‪ .‬همچنین افازایش مقادار خاکساتر باا‬

‫برنج با افزاش دما احتماال بهعلت تجزیه اولیه و یا ثانویه‬

‫افزایش دما در شلتوک برنج و کود مرغی گزارش شاده‬

‫باقیمانده بیوچار در دماهای باالتر مای باشاد (هاورن و‬

‫است (کالستون و همکااران ‪ ، 0279‬ساونگ و همکااران‬

‫ویلیامز ‪ .)7330‬کاهش عملکرد در بیوچار چوب درخات‬

‫‪ .)0270‬این افزایش قابل انتظار است زیرا افزایش تبخیر‬

‫کاج توسط وانگ و همکاران (‪ )0270‬گزارش شده اسات‪.‬‬

‫در طی فرآیند پیرولیز منجر به تولید بیوچار باا درصاد‬

‫بهطور کلای تخریاب حرارتای زیساتتاوده در دماهاای‬

‫کربن باال میشود‪ .‬بهطور کلی افازایش مقادار خاکساتر‬

‫باالی پیرولیز رخ میدهد‪ .‬با این وجود‪ ،‬با افزایش دماای‬

‫بیوچار به علات افازایش مقادار عناصار در طای فرآیناد‬

‫پیرولیز مواد فرار پیرولیتیکی به مولکولهای آلی با وزن‬

‫پیرولیز میباشاد‪ .‬افازایش مقادار خاکساتر بیوچاار باا‬

‫کم و گاز تبدیل میشوند (تاانگالژی و همکااران ‪.)0272‬‬

‫افزایش درجه حرارت باهدلیال افازایش تادریجی غلظات‬

‫کاهش عملکرد بیوچار با افازایش دماا در زیسات تاوده‬

‫مااواد معاادنی و تخریااب حرارتاای مااواد لیگنوساالولزی‬

‫چوب در طی فرآیند پیرولیز ساریع توساط کیلوویات و‬

‫میباشد (تسای و همکاران ‪.)0270‬‬

‫همکاران (‪ )0272‬گزارش شده است‪.‬‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬

‫‪091‬‬

‫شکل ‪ -2‬تغییرات (الف) درصد عملکرد و (ب(درصد خاکستر بیوچار تولید شده از کلش گندم در دماهای مختلف‪.‬‬

‫چگالی ظاهری و ظرفیت نگهداری آب‬

‫ظرفیت نگهداری آب کاهش مییابد‪ .‬این به این دلیل است‬

‫دامنه چگالی ظاهری بیوچار کاه و کلش گندم بین‬

‫که در این دما باالتر میزان خلل و فرج ریز و متوسط را‬

‫‪ 2/77‬تا ‪ 2/07‬گرم بر سانتیمترمکعب بود کاه کمتارین‬

‫در بیوچار مشاهده میکنیم که باعاث جاذب و نگهاداری‬

‫آن مربوط به دمای ‪ 122‬درجه و بیشترین آن مربوط به‬

‫آب در بیوچار میشود (یو و همکاران ‪ .)0279‬سونگ و‬

‫دمای ‪ 922‬درجه سلسیوس بود‪ .‬چگاالی ظااهری خااک‬

‫همکاران (‪ )0270‬با بررسی بیوچاار کاود مرغای نشاان‬

‫مزرعه حدود ‪ 7/9‬گرم بر سانتیمتر مکعب میباشاد کاه‬

‫دادند که بیشترین مقدار ظرفیت نگهاداری آب در دماای‬

‫بیوچار کاه و کلش میتواند باا کااهش چگاالی ظااهری‬

‫‪ 902‬درجه سلسیوس مشاهده شد که برابر با ‪ 7/7‬گارم‬

‫باعث اصالح آن شود‪ .‬چگالی بیوچاار باه ماهیات مااده‬

‫بر گرم بود‪.‬‬

‫اولیااه و فرآینااد پیرولی از بسااتگی دارد (هوانااگ ‪.)0221‬‬ ‫چگالی ظاهری یکی از ویژگی های فیزیکی مهام بیوچاار‬

‫پایداری کربن بیوچار کاه و کلش گندم‬

‫میباشد‪ .‬موهان و همکاران (‪ )0220‬گازارش کردناد کاه‬

‫اگرچه بیوچار کاه و کلاش گنادم تولیاد شاده در‬

‫چگالی ظاهری بیوچار تولید شده از چوب در کورههای‬

‫دمای کم‪ ،‬بیشترین مقدارمقدار کربن آلی را داشت‪ ،‬ولای‬

‫سنتی دامنهای بین ‪ 2/9-2/99‬گرم بر سانتیمتار مکعاب‬

‫بخش زیادی از این کربن آلی ناپایدار بوده و در معرض‬

‫دارد که نسبت به ماده خام کاهش داشته ولی هیچ روند‬

‫اکسیداسیون قرار دارد‪ .‬به طور کلی‪ ،‬بخش مقاوم کاربن‬

‫مشخصی را با افزایش دما نشان نداد‪.‬‬

‫آلاای بیوچااار کاااه و کلااش گناادم (مقاااوم در براباار‬

‫ظرفیت نگهداری آب بیوچار کاه و کلش باین ‪7/0‬‬

‫اکسیداساایون توسااط دیکرومااات اساایدی) بااا افاازایش‬

‫تا ‪ 7/3‬گرم بر گرم میباشد کاه بیشاترین مقادار آن در‬

‫درجه حرارت فرآیند پیرولیز افازایش یافت(شاکل‪ .)9‬در‬

‫بیوچار ‪ 922‬درجه سلسیوس مشاهده شاد‪ .‬باا افازایش‬

‫مقابل‪ ،‬عملکرد و مقدار کربن آلی بیوچار با افزایش دماا‬

‫دمای پیرولیز مقدار این پارامتر افزایش و در ‪ 922‬درجه‬

‫کاهش یافت‪ .‬به طوربخشی از کربن آلی کاه و کلش گندم‬

‫به باالترین میزان خود میرسید و بعد از این دما مقدار‬

‫که در طی فرآیند پیرولیاز باه کاربن پایادار در بیوچاار‬

‫‪091‬‬

‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‪ /‬جلد ‪ 62‬شماره ‪ /6/‬تابستان ‪0991‬‬

‫بهشتی‪ ،‬علیخانی و ‪....‬‬

‫شکل ‪ -3‬تغییرات (الف) چگالی ظاهری و (ب( ظرفیت نگهداری آب (‪ )WHC‬بیوچار تولید شده از کلش گندم در‬ ‫دماهای مختلف‬

‫تبدیل میشود در دمای ‪ 022‬درجه سلسیوس بیشترین‬

‫همکاران (‪ )0270‬با بررسی بیوچار کود مرغی مشاهده‬

‫مقدار را داشت (شکل ‪ .)9‬چون پیرولیز کاه و کلش گندم‬

‫کردند که بیشترین مقدار کربن آلی که در بیوچار به‬

‫در دمای ‪ 022‬درجه سلسیوس بیشترین مقدار کربن‬

‫شکل پایدار تبدیل میشود در دمای ‪ 022‬درجه رخ‬

‫آلی پایدار را داشت‪ ،‬اگر ترسیب کربن مورد توجه‬

‫میدهد که حدود ‪ 93/0‬درصد از کربن ماده خام به‬

‫باشد‪ ،‬یک پیک دمایی ‪ 022‬درجه سلسیوس میتواند در‬

‫شکل پایدار تبدیل میشود‪.‬‬

‫تولید بیوچار از کاه و کلش استفاده شود‪ .‬سونگ و‬

‫شکل ‪ -4‬درصد کربن آلی پایدار باقیمانده در بیوچار تولید شده از کلش گندم در مقایسه با‬ ‫ماده خام در دماهای مختلف‬

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬

‫‪099‬‬

‫عاملی الکتون با افزایش دما افازایش یافات و بیشاترین‬

‫گروههای عاملی اسیدی بیوچار کاه و کلش گندم‬ ‫این گروههای عاملی تاحد زیاادی ظرفیات جاذب‬

‫مقدار آن در دماای ‪ 022‬درجاه سلسایوس حادود ‪01/0‬‬

‫بیوچار برای نمکهای یونی را تعیین میکند‪ .‬بیوچار کاه‬

‫درصد گروههای عاملی اسیدی بیوچاار در ایان دماا را‬

‫‪+‬‬

‫شامل میشود‪ .‬ساونگ و همکااران (‪ )0270‬باا بررسای‬

‫‪ 002-7292µ1mol H‬بود‪ ،‬که باا افازایش درجاه حارارت‬

‫بیوچار کود مرغای مشااهده کردناد کاه در دماای باین‬

‫پیرولیز این گروههای اسیدی کاهش پیادا کردناد (شاکل‬

‫‪ 922-022‬درجه سلسیوس بیشترین گاروههاای عااملی‬

‫‪ .)0‬کاهش گروههای عاملی اسایدی ساطحی باا افازایش‬

‫اسیدی مربوط به گروه های کربوکسایل (‪ 00/0‬درصاد)‬

‫دمای پیرولیز در بیوچار چاوب و کاود مرغای گازارش‬

‫می باشد و گروههای فنولی باا افازایش دماا در بیوچاار‬

‫شده اسات (دای و همکااران ‪ ،7333‬ساونگ و همکااران‬

‫کاااهش مااییابااد‪ .‬عمااده ‪ CEC‬بیوچااار ناشاای از ایاان‬

‫‪ .)0270‬در بیوچار کاه و کلاش گنادم مقادار گاروههاای‬

‫گروه های اسیدی میباشد‪ .‬بعاد از افازودن بیوچاار باه‬

‫کربوکسیل بین ‪ ، 00/7-90/3µ+.g-1molH‬گروههای فنول‬

‫خااااک‪ ،‬کاااربن ناپایااادار آلااای بیوچاااار در معااارض‬

‫‪+‬‬

‫اکسیداسیون زیستی و غیار زیساتی قارار مایگیارد‪ ،‬و‬

‫‪ 70/0-01/7µ1molH‬بود‪ .‬بنابراین درصد گروههای فنول‬

‫گااروههااای اساایدی سااطحی و ‪ CEC‬خاااک را افاازایش‬

‫در گروههای سطحی اسیدی افزایش پیدا کرده در حاالی‬

‫میدهند (چنگ و همکاران ‪ .)0220‬کالساتون و همکااران‬

‫که گروههاای کریوکسایلیک باا افازایش دماای پیرولیاز‬

‫(‪ ) 0279‬با بررسی بیوچار شلتوک برنج گازارش کردناد‬

‫کاهش یافت‪ .‬این افزایش در دمای بین ‪ 922-022‬درجاه‬

‫که این بیوچار دارای گاروههاای اسایدی کربوکسایل و‬

‫سلسیوس به خوبی مشاهده میشود‪ .‬درصد گروههاای‬

‫الکتون باالیی میباشد‪.‬‬

‫و کلش دارای گروههای عاملی سطحی اسایدی‬

‫باین ‪.g-‬‬

‫بین ‪ 90/9-02/0µ+.g-1molH‬و گروههای الکتون بین‬

‫‪.g-‬‬

‫شکل ‪ -5‬گروههای عاملی اسیدی بیوچار در طی پیرولیز در دماهای مختلف‬

‫نتیجهگیری کلی‬

‫آهسته میباشد‪ .‬عملکارد‪ ،‬مقادار نیتاروژن کال و مقادار‬

‫دمای فرآیند پیرولیز یک فاکتور کلیادی در تعیاین‬

‫کربن آلی با افزایش دمای پیرولیز در دماای باین ‪-022‬‬

‫عملکرد‪ ،‬کیفیت و ویژگیهای فیزیکی وشیمیایی بیوچاار‬

‫‪ 922‬درجه سلسیوس کاهش یافت در حالی که پایاداری‬

‫تولید شده از کاه و کلش گنادم در طای فرآیناد پیرولیاز‬

‫کااربن آلاای‪ pH ،‬و مقاادار خاکسااتر افاازایش نشااان داد‪.‬‬

0991 ‫ تابستان‬/6/ ‫ شماره‬62 ‫ جلد‬/‫نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار‬

.... ‫ علیخانی و‬،‫بهشتی‬

611

‫ بیوچار تولید شده در‬.‫درجه سلسیوس مناسب میباشد‬

‫ درجااه سلساایوس‬922 ‫بیوچااار تولیااد شااده در دمااای‬

122 ‫ درحالی که بیوچار‬،‫ درجه تا حدی خنثی‬922 ‫دمای‬

‫ برای کااربرد بیوچاار کااه و‬.‫باالترین عملکرد را داشت‬

.‫درجه ماهیت قلیایی دارد‬

922 ‫ پیرولیز در دماای حادود‬،‫کلش گندم در کشاورزی‬

‫منابع مورد استفاده‬ Ates F and Isıkdag MJA. 2008. Evaluation of the role of the pyrolysis temperature in straw biomass samples and characterization of the oils by GC/MS. Energy & Fuels, 22(3): 1936-1943. Boehm H, 1994. Some aspects of the surface chemistry of carbon blacks and other carbons. Carbon, 32(5): 759-769. Buranov AU and Mazza G. 2008. Lignin in straw of herbaceous crops. Industrial Crops and Products, 28(3): 237-259. Chan KY and Xu Z. 2009. Biochar nutrient properties and their enhancement. Biochar for environmental management.Science and Technology, 67-84. Cheng CH, Lehmann J, Thies JE, Burton SD. 2006.Oxidation of black carbon by biotic and abiotic processes. Organic Geochemistry, 37(11): 1477-1488. Claoston NA, Samsuri, MH, Husni A. 2014. Effects of pyrolysis temperature on the physicochemical properties of empty fruit bunch and rice husk biochars. Waste Management & Research, 32(4): 331339. Demirbaş A. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals. Energy Conversion and Management, 42(11): 1357-1378. Gaskin JC, Steiner. 2008. Effect of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use. Trans. Asabe, 51(6): 2061-2069. Glaser B. 2007. Prehistorically modified soils of central Amazonia: a model for sustainable agriculture in the twenty-first century. Philosophical Transactions of the Royal Society, Biological Sciences, 362(1478): 187-196. Goyal HB, Seal D, Saxena RC. 2008. Bio-fuels from thermochemical conversion of renewable resources: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(2): 504-517. Haluschak P. 2006. Laboratory methods of soil analysis. Canada-Manitoba Soil Survey: 3-133. Horne PA, and Williams PT.1996. Influence of temperature on the products from the flash pyrolysis of biomass. Fuel, 75(9): 1051-1059. Hossain MK, Strezov V, Saxena R. 2011. Influence of pyrolysis temperature on production and nutrient properties of wastewater sludge biochar. Journal of Environmental Management, 92(1): 223-228. Hwang I, Ouchi Y, Matsuto T. 2007. Characteristics of leachate from pyrolysis residue of sewage sludge. Chemosphere, 68(10): 1913-1919. Joseph S, Downie A, Munroe P, Crosky A. 2007. Biochar for carbon sequestration, reduction of greenhouse gas emissions and enhancement of soil fertility; A review of the materials science. Proceeding of the Australian Combustion Symposium. Keiluweit M P, Nico S, Johnson MG. 2010. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environmental Science and Technology, 44(4): 1247-1253. Kim KH, Kim JY, Cho TS, Choi JW. 2012. Influence of pyrolysis temperature on physicochemical properties of biochar obtained from the fast pyrolysis of pitch pine .Bioresource Technology, 118: 158162.

610

‫تغییرات کیفیت بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در طی فرآیند پیرولیز آهسته در دماهای مختلف‬

Kookana RS, Sarmah AK, Van Zwieten L, Krull E, Singh B . 2011. 3 Biochar Application to Soil: Agronomic and Environmental Benefits and Unintended Consequences. Advances in Agronomy, 112(10):103-143. Lehmann J. 2007. A handful of carbon. Nature, 447(7141): 143-144. Lehmann JJ, Gaunt MR. 2006. Biochar sequestration in terrestrial ecosystems a review. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 11(2): 395-419. Lua AC, Yang T, Guo J. 2004. Effects of pyrolysis conditions on the properties of activated carbons prepared from pistachio-nut shells. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 72(2): 279-287. Maschio GC, Koufopanos AL. 1992. Pyrolysis, a promising route for biomass utilization. Bioresource Technology, 42(3): 219-231 Mohan D, Pittman CU, Steele PH. 2006. Pyrolysis of wood/biomass for bio-oil: a critical review. Energy & Fuels, 20(3): 848-889. Novak JM, Busscher WJ, Watts DW, Laird DA. 2010. Short-term CO2 mineralization after additions of biochar and switchgrass to a typic Kandiudult. Geoderma, 154(3): 281-288. Ogawa, M. and Okimori Y. 2010. "Pioneering works in biochar research, Japan." Soil Research, 48(7): 489500. Pietikäinen J and Kiikkilä O. 2000. "Charcoal as a habitat for microbes and its effect on the microbial community of the underlying humus." Oikos, 89(2): 231-242. Ryan J , Estefan G, Rashid A. 2007. Soil and Plant Analysis Laboratory Manual, ICARDA. Schmidt M W, and Noack A G. 2000. Black carbon in soils and sediments: analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Biogeochemical Cycles, 14(3): 777-793. Schumacher BA. 2002. Methods for the determination of total organic carbon (TOC) in soils and sediments. Ecological Risk Assessment Support Center: 1-23. Song W, and Guo M. 2012. Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 94: 138-145. Thangalazhy-Gopakumar S S, Adhikari, 2010. Physiochemical properties of bio-oil produced at various temperatures from pine wood using an auger reactor. Bioresource Technology, 101(21): 8389-8395. Thies JE, and Rillig MC, 2009. Characteristics of biochar: biological properties. Biochar for Environmental Management: Science and Technology: 85-105. Tsai WT, Liu SL, Chen HR, Chang YM, Tsai YL. 2012. Textural and chemical properties of swine-manurederived biochar pertinent to its potential use as a soil amendment. Chemosphere, 89(2): 198-203. Tsai W, Lee M, Chang YM. 2007. Fast pyrolysis of rice husk: product yields and compositions. Bioresource Technology, 98(1): 22-28. Wang T, Camps-Arbestain M, Hedley M, Bishop P. 2012. Predicting phosphorus bioavailability from highash biochars. Plant and Soil, 357, 173-187. Woolf DJ, Amonette E, Street-Perrott, FA. 2010. Sustainable biochar to mitigate global climate change. Nature Communications, 1: 56. Yanik J, Kornmayer C, Saglam M, Yüksel M, 2007. Fast pyrolysis of agricultural wastes: Characterization of pyrolysis products. Fuel Processing Technology, 88(10): 942-947. Yu, OY, Raichle B, Sink S. 2013. Impact of biochar on the water holding capacity of loamy sand soil. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 4, 1-9.

Copyright © 2024 DOKUMEN.SITE Inc.