バイオ炭は、持続可能な基板の品質と収着汚染物質を向上させる、炭素を隔離する能力を持つ土壌改良として使用される炭素が豊富な材料である。このプロトコルは、以前の環境ではこれらの改訂の大規模な実装に必要とされるバイオ炭の特徴付けに使用17分析方法について説明します。
炭の物理的および化学的特性は、それが可能な特定の機能( 例えば炭素隔離、土壌の質の改善、または汚染物質の収着)でbiocharsを設計すること、原料源および製造条件に基づいて変化する。 2013年には、国際バイオ炭イニシアティブ(IBI)がバイオ炭のための物理的および化学的特性のための基準を設定し、その標準化された製品定義および製品テストガイドライン(バージョン1.1)を公的に利用可能になる。三つの異なる原料から、および2つの温度で行わ六biocharsは、土壌改良剤としてのそれらの使用に関連した特性について分析した。プロトコルは、原料とbiocharsの分析を説明し、含ま:陽イオン交換容量(CEC)、比表面積(SSA)、有機炭素(OC)及び水分率、pHは、粒子サイズ分布、および近接及び元素分析を。また、原料の分析とバイオ炭は、プロトコルの中で説明されている多環芳香族炭化水素(PAH)を含む汚染物質のための、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、金属、水銀などの栄養素(リン、亜硝酸とアンモニア窒素など)。プロトコルはまた、生物学的な試験手順、ミミズ回避と発芽アッセイが含まれる。品質保証/品質管理(QA / QC)ブランク、重複、標準および標準物質の結果に基づいて、すべての方法は、炭と原料物質との使用に適して決定した。すべてのbiocharsと原料はIBIが設定した基準内に十分だったとbiochars間の少しの違いは、建設廃材から生産バイオ炭の場合を除き、ありました。 (旧炭と呼ばれる)この炭は、ヒ素、クロム、銅、鉛の上昇したレベルを有すると決定された、およびミミズ回避発芽アッセイを失敗した。これらの結果に基づいて、オールド·炭は炭素sの土壌改良として使用するのに適切ではないequestration、基板の品質の向上や改善。
炭は、炭素に富む副産物有機物1の熱分解中に生成される。興味、両方公にと学問、土壌に炭を追加する際に、土壌の質及び植物成長2,3を改善するその能力から生じる、持続的に廃棄物を同時に提供する代替案ながらカーボン4、および収着有害な汚染物2、3、5-7を封鎖熱分解による管理とエネルギー生産。
Biocharsは、異なる熱分解系を介して、世界中の多数の企業や組織によって生産されている。炭の製造に使用される材料は、木材チップ、動物の糞尿や建設廃棄物1を含む(が、これらに限定されない)。これらの違いはbiochars「物理的及び化学的特性を変化させるため、基板を改善する能力、長期安定性を促進し、吸着能力を増加することが予想される。さらに、熱分解プロセス中のバイオ炭のMAyが意図せずに汚染された原料油や不適切な熱分解条件の結果として、金属、PAH類やPCBで汚染さ。したがって、バイオ炭は土壌改良として環境中に大規模に適用する前に、国際バイオ炭イニシアティブによって示唆汚染物質、比表面積、カチオン交換容量、ミミズ回避発芽などのため炭の注意深い特徴付け(IBI)行われなければならない。 2013年にバイオ炭物理的および化学的特性のための基準を設定バイオ炭ための、最初の標準化された製品定義および製品テストガイドライン、公開され、一般に公開されました。
リサーチカナダはかなり激しく劣化した土壌や、PCBの2、3のような収着残留性有機汚染物質(POPs)で植物の成長を改善する能力を持って、オデッサ、ONの商業温室で生産そのバイオ炭を示している。このバイオ炭は3から製造されている発生した熱は冬の間彼らの温室操作を温めるために使用され、ボイラシステムを介して異なる原料油( すなわち有機物源)。
この研究は、特性評価のバイオマスボイラーにおけるバイオ炭の生産に関連するデータ、および土壌改良としてのバイオ炭の使用を提供する。本研究の目的は、徹底的に標準化された製品定義および製品テストガイドライン(1.1版)(2013)にIBIが設定した基準に従って6 biocharsの物理的、化学的および生物学的特性を特徴付けることである。これらの特性は、農業修正各炭の性能および汚染物質を収着する能力、可能な場合、リンクされます。
プロトコールに記載されているすべてのメソッドは、慎重に検証され、広く土壌のために使用されている。バイオ炭の特性は、まだ始まったばかりであるため、炭素が豊富な基質のためのこれらの方法の有効性はほとんど知られていなかった。これらの方法自体は小説ではありませんが、そのため、日常的にバイオ炭を特徴づける彼らのアプリケーションです。品質保証/品質管理の面では、…
The authors have nothing to disclose.
This work was funded by the Government of Canada’s Federal Economic Development Agency (FedDev) Applied Research and Commercialization Extension to Queen’s University (Dr. Allison Rutter and Dr. Darko Matovic). Sincerest thank you to Burt’s Greenhouses (Odessa, ON) for providing the biochars. Special thanks to Yuxing Cui of the CBRN Protection Group at RMC and staff of the ASU and Zeeb Lab for their ongoing support.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
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 750mL 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 hours. |
Desiccator | Fisher Scientific | 08-595A | |
Balance | Mettler | 1113032410 | |
Saturating Solution | Fisher Scientific | 06-664-25 | |
Vortex | Barnstead/Thermolyne | 871000536389 | |
Centrifuge | International Equipment Company | 24372808 | 3000 g for 5 mins. |
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 hours. |
Muffle Furnace | Fisher Scientific | 806N0024 | Heat for 16 hours 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 hours at 4–6 cycles per hour. |
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 | 1L 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 hour at 200 rpm. |
No. 42 Filter Paper | Fisher Scientific (Whatman) | 09-855A | |
WhirlPacks | Fisher Scientific | R55048 | |
Potassium Dihydrogen Orthophospahte | Fisher Scientific | 181525 | |
2M 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 minutes. |
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 (30mL) | Fisher Scientific | 22-038-906 | |
Beakers (50mL) | Fisher Scientific (Pyrex) | 02-540G | Oven dry at 105oC. |
Beakers (30mL) | Fisher Scientific (Pyrex) | 20-540C | |
Erlenmeyer Flasks (125mL) | Fisher Scientific (Pyrex) | S76106C | |
Volumetric Flask (100mL) | Fisher Scientific (Pyrex) | 10-211C | |
Estuarine Sediment | National Insititute of Standards | 1546A | Standard Reference Material |
Bleach | Clorox Ultra (5-10% sodium hypochlorite) |