۲۰۱۳۱پ
per
اثر دمای پیرولیز و ماده اولیه بر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بیوچار
Impact of pyrolysis temperature and feedstock sources on physiochemical characteristics of biochar
/الناز فرهادی
: کشاورزی
، ۱۳۹۶
، میرزائی
۱۲۳ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
علوم خاک گرایش شیمی و حاصلخیزی خاک
۱۳۹۶/۱۱/۱۸
تبریز
وجود پسماندهای آلی ناشی از فعالیت‌های کشاورزی، پیامدهای کوتاه و دراز مدتی را برای کشاورزی و محیطزیست ایجاد کرده است .از راه‌کارهای فائق آمدن بر این مسائل تبدیل آن‌ها به بیوچار محصول پیرولیز زیست‌توده‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی می‌باشد .مزایای بیوچار در بحث کربن اندوزی و افزایش حاصلخیزی خاک بیش از یک دهه است که در سطح جهانی مطرح است، اما ویژگیهای آن کاملا وابسته به نوع زیست توده و شرایط تولید است .در این مطالعه اثر منابع و دماهای مختلف پیرولیز بر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی بیوچار تولیده شده بررسی شد .بدین منظور از مواد اولیه و ضایعاتی مانند تفاله چای، چوب درخت سیب، کاه و کلش گندم و پوست گردو در دماهای۳۰۰ ،۴۰۰ ، ۵۰۰ و ۶۰۰ درجه سلیسیوس با زمان ماندگاری یک ساعت، بیوچارهای متنوعی در کوره الکتریکی تحت گاز آرگون(۱۰ - ۵ لیتر بر دقیقه (تولید و ویژگیهای آن شامل درصد عملکرد، درصد خاکستر،pH ، دینامیکpH ،EC ، کربن، نیتروژن، هیدروژن، پتاسیم، فسفر، کلسیم، منیزیم، آهن، روی، مس و منگنز کل اندازه‌گیری شد و فسفر قابل دسترس بیوچار با استفاده از محلول بی‌کربنات سدیم) روش اولسن (و پتاسیم، کلسیم و منیزیم قابل دسترس با استفاده از اسید کلریدریک یک مولار اندازه‌گیری شد .همچنین سطح ویژه به طریق جذب گاز N۲ (BET) و گروه عاملی بیوچار با FTIR و بررسی ساختار درونی آن با SEM و مشخص کردن نوع کانی‌ها با تکنیک XRD مطالعه شد .این آزمایش به صورت فاکتوریل که فاکتور اول نوع ماده اولیه در ۴ سطح و فاکتور دوم دما در ۴ سطح در ۲ تکرار در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد .نتایج نشان داد که با افزایش دمای پیرولیز، درصد عملکرد در بیوچارها کاهش معنادار یافت .بیش‌ترین عملکرد مربوط به بیوچار پوست گردو در دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس و کمترین آن مربوط به چوب درخت سیب در دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس به ترتیب ۲/۶۹ و ۹/۱۹ درصد بود .گستره pH بیوچارهای تولید شده از ۳/۵ تا ۷/۹ بود .همچنین با افزایش دمای پیرولیز pH در همه بیوچارهای تولید شده و درصد خاکستر به استثنای بیوچار پوست گردو افزایش معنادار یافتند .در شرایط این تحقیق غلظت کل عناصر فسفر، کلسیم، پتاسیم، سدیم، آهن، روی، مس و منگنز و شکل قابل دسترس عناصر پتاسیم، کلسیم و منیزیم با افزایش دمای پیرولیز در بیوچارهای تولید شده به استثنای بیوچار پوست گردو افزایش یافتند .براساس نتایج آنالیز CHN با افزایش دمای پیرولیز غلظت کربن کل در همه بیوچارهای تولید شده افزایش، اما غلظت نیتروژن و هیدروژن کل کاهش یافتند pH .بیوچارهای تولید شده با زمان اندازه‌گیری تا ۷۲ ساعت کاهش یافت و پس از آن تقریبا به عدد ثابتی رسید .مطالعات FTIR و پیک‌های مربوطه گروه‌های عاملیH- O،H- C،C=C ،C=O ،O- C،COO - وSi - Oرا در بیوچارهای تولید شده نشان دادند .با افزایش دمای پیرولیز میانگین قطر منفذ کاهش و تعداد منافذ ریز افزایش و درنتیجه سطح ویژه افزایش یافت .سطح ویژه بیوچارهای تولید شده در دماهای پیرولیز ۳۰۰و ۶۰۰ درجه سلسیوس به‌ترتیب برای کاه گندم ۷۲/۱۸ و۷۲/۹۸ ، بیوچار تفاله چای ۴۰/۵ و۸۳/۷۰ ، بیوچار چوب درخت سیب ۴۴/۴ و ۴۳/۳۳۵ و بیوچار پوست گردو ۹۳/۱ و ۶۶/۱۴۷ مترمربع برگرم به دست آمد .الگوی XRD (o۶۰=۲) در بیوچارهای تولیدی یک پیک پهن کربن بی‌شکل را نشان داد که این پیک مانع شناسایی دقیق ترکیبات معدنی در نمونه‌ها شد
Organic waste from agricultural activity leads to short and long term problems from agriculture and environmental perspective. One approach to overcome this problem turn them into biochar the product of plants biomass and agricultural wastes with the pyrolysis process. Nearly for a decade, biochars advantage in soil fertility and carbon sequestration is discussed globally as a major matter. But biochar properties and characteristics are closely related to biomass type and pyrolysis conditions. Therefore, in this study, different biochars produced by various biomasses such as tea waste, apple wood, wheat straw and walnut shell at 300, 400, 500 and 600C with 1-hour rest time. Biochars were produced in electrical oven under Ar gas pressure (5-10 L/min) and some of properties were measured such as yield, ash content, pH, pH dynamic, electrical conductivity (EC), concentration of total carbon (C), nitrogen (N), hydrogen (H), potassium (K), phosphorous (P), calcium (Ca), magnesium (Mg), iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu) and manganese (Mn). Available potassium, calcium and magnesium were measured by using 1M HCl solution and available P was measured by using Olsen test. The specific surface area of biochar was measured by N2 gas adsorption method (BET), biochar functional groups by FTIR, inner structure by SEM and type of minerals by XRD techniques were studied. Experiment was designed duplicate in factorial in a completely randomized design. The first factor was biomass type at 4 levels and second factor was pyrolysis temperature at 4 levels (300, 400, 500 and 600 C). Statistical data analysis were done by MSTATC and Figures were drawn by Excel software. The results showed that increasing in pyrolysis temperature leads to significant (p<0.05) decrease in biochar production yield. The maximum and minimum production yields observed in walnut shell at 300C and apple wood at 600C by 69.25 and 19.88 percent, respectively. The produced biochars had pH range between 5.29 to 9.70 and the pH value and ash content increased significantly (p<0.05) in all produced biochars with increasing pyrolysis temperature, except walnut shell. In the all produced biochars, total concentrations of P, Ca, K, Na, Fe, Zn, Cu and Mn and available concentrations of K, Ca, Mg and P were increased by pyrolysis temperature increasing except walnut shell. According CHN analysis by increasing in heating temperature, the total carbon concentration increased but total nitrogen and hydrogen concentration decreased. The pH values increased with time until 72 hours and then stayed almost constant. The FTIR studies showed several functional groups such as O-H, C-H, C=C, C=O, C-O, COO- and Si-O in produced biochars. By increasing in pyrolysis temperature, the mean pore diameter decreased but micropores volume increased that led to increasing the specific surface area value. The specific surface area value for biochars in 300 and 600C pyrolysis temperture derived for wheat straw were 18.72 and 98.72, Tea waste 5.40 and 70.83, apple tree wood 4.44 and 335.43 and walnut shell 1.93 and 147.66 (m2 g-1) at 300 and 600C respectively. The XRD pattern (2=60C) in produced biochars showed amorphous carbon and random noise level was very high, which prevented the accurate identification of mineral compounds
Impact of pyrolysis temperature and feedstock sources on physiochemical characteristics of biochar
فرهادی، الناز
Farhadi, Elnaz
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
