2. Properties of Biochar as Affecte

2. Properties of Biochar as Affected by Feedstock and Production Technology
Feedstock and pyrolysis conditions are the most important factors controlling the physical and chemical properties of the resulting biochar. Structural characteristics of freshly made biochars, as influenced by feedstock and processing conditions, have been discussed in detail by Downie et al. (2009). First, the chemical and structural composition of the biomass feedstock influences the composition of the resulting biochar and, consequently, its behavior, function, and fate in soils. For instance, when wood-based feedstocks are pyrolyzed, coarse and resistant biochars are generated with high carbon contents (up to 80%), as the rigid ligninolytic nature of the source material is retained in the biochar residue (Winsley, 2007). Second, the extent of the physical and chemical alterations undergone by the biomass during pyrolysis (e.g., attrition, cracking, microstructural rearrangements) is dependent on the pyrolysis conditions (mainly temperature and residence times).

Micropores (< 2 nm diameter, IUPAC) make a significant contribution to the increase in surface area of biochars with increasing temperatures. Yu et al., 2006 and Bornemann et al., 2007 compared biochars produced at different temperatures (at 250, 450, and 850 °C) from air-dried plant materials from Phalaris grass (Phalaris tuberosa) and red gum-wood (Eucalyptus camadulensis). They noted that SSA markedly increased with production temperature (from 8 to 600 m2/g—for the wood char) and at any comparable temperature, the SSA of the wood biochar was up to two times greater than that of the grass biochar. In terms of microporosity, the wood biochar produced at 450 °C had a very low level of microporosity and the peak maximum of pore size distribution was noted at a pore width of 1.1 nm, indicating the beginning of micropore formation at 450 °C. However, increasing temperature to 850 °C promoted the formation of micropores with peak maximum occurring at 0.49 nm. At this temperature, essentially all pores were < 1 nm in pore width. Downie et al. (2009) observed that while elevated temperatures provide the activation energies for reaction leading to restructuring and ordering of the material, the duration of the temperature allows the extent of completion of these reactions. They noted a strong and almost linear relationship between the SSA of biochars (up to 2000 m2/g) and the micropore volume (0.6 m3/g). Both SSA and micropores play an important role in sequestration of chemicals by altering their bioavailability and ecotoxicological impacts on soil organisms (discussed later).

2.4. Cation exchange capacity and charge characteristics
Biochars can potentially increase the cation exchange capacity (CEC) of soils especially for highly weathered, nutrient-poor sandy soils; however, this is dependent on biochar properties and aging of applied biochar in the soil. The lack of standardized methodology of assessment of CEC in biochars makes it difficult to compare materials from different feedstocks and temperatures of production. In some cases, increasing pyrolysis temperature has been shown to decrease CEC of the biochar (Gaskin et al., 2008), while in other cases, CEC increases with increasing temperature (Singh et al., 2010b). The lower temperature biochar described by Gaskin et al. (2008) was shown to have a higher degree of oxygen surface functional groups, resulting in increased CEC. The published data suggest that biochars from woody materials tend to provide low CEC values, while nonwoody plant materials such as sugarcane trash (leaf) or tree bark tend to have higher CEC values (Chan et al., 2007, Gaskin et al., 2008, Gundale and DeLuca, 2006, Major et al., 2009, Singh et al., 2010b, Van Zwieten et al., 2010b and Yamamoto et al., 2006).

Biochar consists of highly aromatic chemically stable components (Schmidt and Noack, 2000), and the development of negative charge from biochar oxidation in soil has been proposed in several studies (e.g., Cheng et al., 2006, Cheng et al., 2008, Hamer et al., 2004 and Liang et al., 2006). In the Brazilian Amazon, CEC values were found to be up to two times higher in soils with biomass BC than in the adjacent soils (Liang et al., 2006). The stability and oxidation of biochar in soils are affected by aging and soil environmental conditions. Cheng et al. (2006) observed that abiotic processes were more important than the biotic processes for the oxidation of biochar. They reported a more than six-time increase in the potential CEC of a BC-amended soil after incubation for 4 months at 70 °C. In an another study, Cheng et al. (2008) observed that historical BC samples collected from a number of sites in Canada and the United States have oxidized substantially after 130 years in soils. The major changes in the historical BC as compared to the new BC included: (i) decreased C content and increased O and H contents, (ii) the formation of carboxylic and phenolic functional groups, and (iii) decreased surface positive charge and increased surface negative charge. The point of zero charge for the aged BC samples was significantly lower than the fresh BC; and unlike new biochar (New-BCHW) that contribute anion exchange capacity, aged biochars (BC30 and BC7) and historical biochar exhibit significant CEC at pH ≥ 3 (Fig. 4; Cheng et al., 2008). Biochar stability in soil is also affected by moisture status; in a 1-year incubation study at 30 °C corn biochar mineralized significantly faster under unsaturated conditions, while oak wood biochar lost most carbon under alternate unsaturated and saturated conditions (Nguyen and Lehmann, 2009).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

2. คุณสมบัติของ Biochar เป็น Affected โดยวัตถุดิบและเทคโนโลยีการผลิต
สภาพวัตถุดิบและชีวภาพเป็นปัจจัยสำคัญที่ควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพ และเคมีของ biochar ผลลัพธ์ ลักษณะโครงสร้างของสดทำ biochars เป็นผลมาจากวัตถุดิบและประมวลผลสภาพ มีการหารือในรายละเอียดโดย Downie et al. (2009) ครั้งแรก องค์ประกอบทางเคมี และโครงสร้างของวัตถุดิบชีวมวลมีผลต่อองค์ประกอบของ biochar ผลลัพธ์และ จึง ของพฤติกรรม ฟังก์ชัน และชะตากรรมในดินเนื้อปูน เช่น เมื่อใช้ไม้วมวล pyrolyzed หยาบ และ biochars ทนสินค้า คาร์บอนสูงเนื้อหาถึง 80%), เป็น ligninolytic แข็ง ลักษณะของแหล่งข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในสารตกค้าง biochar (Winsley, 2007) สอง ขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ และทางเคมีที่เปลี่ยน โดยชีวมวลระหว่างชีวภาพ (เช่น attrition, cracking, microstructural rearrangements) จะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการไพโรไลซิ (ส่วนใหญ่อุณหภูมิและอาศัยเวลา)

(< 2 nm เส้นผ่าศูนย์กลาง Micropores ให้ยิ่ง ๆ) เป็นส่วนสำคัญเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวของ biochars ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิ Yu et al., 2006 และ Bornemann et al., 2007 biochars เปรียบเทียบผลิตที่อุณหภูมิต่าง ๆ (ที่ 250, 450 และ 850 ° C) จากโรงงาน air-dried ผลิตจากหญ้า Phalaris (Phalaris tuberosa) และไม้แดงกัม (ยูคาลิปตัส camadulensis) พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่า SSA อย่างเด่นชัดเพิ่มขึ้นกับอุณหภูมิการผลิต (จาก 8 600 m2/g — สำหรับอักขระไม้) และที่อุณหภูมิเทียบ SSA ของ biochar ไม้ได้ถึงสองครั้งมากกว่าที่ biochar หญ้า ใน microporosity biochar ไม้ผลิตที่ 450 ° C มี microporosity ในระดับต่ำมาก และสูงสุดช่วง peak ของการกระจายขนาดของรูขุมขนถูกตั้งข้อสังเกตที่มีความกว้างของรูขุมขนของ 1.1 nm ระบุต้นกำเนิด micropore ที่ 450 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม เพิ่มอุณหภูมิถึง 850 ° C ส่งเสริมการก่อตัวของ micropores กับพีคสูงสุดเกิดขึ้นที่ 0.49 nm ที่อุณหภูมินี้ เป็นทุกรูขุมขน < 1 nm ในรูขุมขนกว้างขึ้น Downie et al. (2009) สังเกตว่า ขณะอุณหภูมิให้เรียกใช้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาที่นำไปสู่การปรับโครงสร้าง และการจัดลำดับของวัสดุ ระยะเวลาของอุณหภูมิทำให้ขอบเขตความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาเหล่านี้ พวกเขากล่าวความสัมพันธ์แข็งแรง และเส้นเกือบระหว่าง SSA ของ biochars (สูงสุด 2000 m2/g) และปริมาณ micropore (0.6 m3/g) SSA และ micropores มีบทบาทสำคัญใน sequestration สารเคมี โดยการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา ecotoxicological และชีวปริมาณออกฤทธิ์ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตดิน (กล่าวถึงในภายหลัง) .

2.4 ลักษณะค่าความจุและ cation exchange
Biochars อาจสามารถเพิ่มกำลังการผลิต cation exchange (พบกับ CEC) ของดินเนื้อปูนโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ weathered สูง สารยากทรายดินเนื้อปูน อย่างไรก็ตาม นี้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ biochar และอายุของ biochar ใช้ในดิน ไม่มีมาตรฐานวิธีการประเมินพบกับ CEC ใน biochars ทำให้ยากที่จะเปรียบเทียบจากวมวลต่าง ๆ และอุณหภูมิของผลิต ในบางกรณี เพิ่มอุณหภูมิไพโรไลซิได้รับการแสดงเพื่อลดพบกับ CEC biochar (Gaskin et al., 2008), ในขณะที่ในบางกรณี พบกับ CEC เพิ่มกับเพิ่มอุณหภูมิ (สิงห์ร้อยเอ็ด al., 2010b) Biochar อุณหภูมิต่ำกว่าที่อธิบายไว้โดย Gaskin et al. (2008) ที่แสดงให้มีออกซิเจนผิว functional กลุ่ม ผลพบกับ CEC เพิ่มขึ้นในระดับที่สูง ข้อมูลเผยแพร่แนะนำว่า biochars จากวัสดุวู้ดดี้มักจะ ให้ค่าพบกับ CEC ต่ำ ในขณะที่วัสดุ nonwoody พืชเช่นอ้อยขยะ (ใบไม้) หรือเปลือกมักจะ มีค่าพบกับ CEC สูง (จันทร์ร้อยเอ็ด al., 2007, Gaskin et al., 2008, Gundale และ DeLuca ปี 2006 หลัก et al., 2009, al. et สิงห์ 2010b, Van Zwieten et al., 2010b และยามาโมโตะ et al, 2006) .

Biochar ประกอบด้วยส่วนประกอบสารเคมีเสถียรภาพสูงหอม (Schmidt และ Noack, 2000), และการพัฒนาของประจุลบจากออกซิเดชัน biochar ในดินได้รับการเสนอชื่อในหลายการศึกษา (เช่น เฉิงและ al., 2006 เฉิง et al., 2008, Hamer et al., 2004 และเหลียงและ al., 2006) ในอเมซอนในบราซิล พบค่าพบกับ CEC จะสูงถึงสองครั้งในดินเนื้อปูนกับชีวมวล BC มากกว่าในดินเนื้อปูนอยู่ติดกัน (Liang et al., 2006) ความมั่นคงและการเกิดออกซิเดชันของ biochar ในดินเนื้อปูนจะมีผลกระทบตามอายุและสภาพแวดล้อมดิน เฉิง et al. (2006) พบว่า กระบวนการ abiotic ได้สำคัญกว่ากระบวนการออกซิเดชันของ biochar biotic พวกเขารายงานมากกว่า 6 เวลาพบกับ CEC มีศักยภาพของดินที่ BC แก้ไขเพิ่มหลังจากฟักตัวเดือน 4 ที่ 70 องศาเซลเซียส ในการศึกษาอื่น เฉิง et al. (2008) พบว่า ตัวอย่างประวัติศาสตร์ BC รวบรวมจากจำนวนเว็บไซต์ในประเทศแคนาดา และสหรัฐอเมริกามีการออกซิไดซ์มากหลัง 130 ปีในดินเนื้อปูน เปลี่ยนแปลงที่สำคัญใน BC ประวัติศาสตร์เมื่อเทียบกับ BC ใหม่รวม: (i) ลดลง C เนื้อหา และเพิ่มเนื้อหา O และ H (ii) การก่อตัวของกลุ่ม functional carboxylic และฟีนอ และ (iii) ลดลงผิวบวกค่าธรรมเนียม และเพิ่มประจุลบที่ผิว จุดศูนย์เสียค่าใช้จ่ายตัวอย่าง BC อายุไม่ต่ำกว่า BC สด และต่างจาก biochar ใหม่ (New BCHW) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งกำลัง anion exchange biochars อายุ (BC30 และ BC7) และประวัติศาสตร์ biochar แสดงพบกับ CEC สำคัญที่ค่า pH ≥ 3 (Fig. 4 เฉิง et al., 2008) Biochar เสถียรภาพในดินยังได้รับผลกระทบจากความชื้น สถานะ ในการศึกษาปี 1 คณะทันตแพทยศาสตร์ที่ 30 ° C ข้าวโพด biochar mineralized อย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขในระดับที่สม ขณะที่โอ๊ค ไม้ biochar สูญเสียคาร์บอนส่วนใหญ่สภาวะอื่นในระดับที่สม และอิ่มตัว (เหงียนและ Lehmann, 2009)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

2 . คุณสมบัติของวัตถุดิบและการผลิตไบโอชาร์เป็นผลกระทบจากวัตถุดิบเทคโนโลยี
และเงื่อนไขไพโรเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของผลไบโอชาร์ . ลักษณะโครงสร้างของ biochars ทำใหม่ๆ อิทธิพล โดยวัตถุดิบและการประมวลผลเงื่อนไข ได้หารือในรายละเอียด โดยดาวนี่ et al . ( 2009 ) ครั้งแรกเคมีและองค์ประกอบโครงสร้างของวัตถุดิบชีวมวลที่มีองค์ประกอบของผลไบโอชาร์และ , จึง , พฤติกรรม , หน้าที่ , และโชคชะตาในดิน ตัวอย่าง เมื่อวัตถุดิบคือไม้ที่ถูกเผาในบรรยากาศ หยาบและทน biochars ถูกสร้างขึ้นด้วยปริมาณคาร์บอนสูง ( ได้ถึง 80% )เป็นลักษณะแข็งค่าของแหล่งวัสดุที่ถูกเก็บไว้ในไบโอชาร์กาก ( winsley , 2007 ) วินาที ขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและทางเคมีที่ได้รับโดยไพโรไลซิสชีวมวลใน ( เช่น การขัดสี , แตก , โครงสร้างจุลภาค rearrangements ) ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขไพโรไลซิส ( ส่วนใหญ่อุณหภูมิและที่อยู่อาศัยครั้ง ) micropores

( < 2 nm ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสากล ) ให้ประโยชน์เพิ่มพื้นที่ผิวของ biochars กับการเพิ่มอุณหภูมิ ยู et al . , 2006 และบอร์นเมิ่น et al . , 2007 เมื่อเทียบ biochars ผลิตที่อุณหภูมิแตกต่างกัน ( 250 , 450 และ 850 องศา C ) จากอากาศแห้งพืชหญ้าจากฟาลาริส ( ฟาลาริสจากเหงือกแดง ( ยูคาลิปตัส ) และไม้ชนิด )พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่า SSA เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนกับอุณหภูมิการผลิต ( ตั้งแต่ 8 ถึง 600 ตารางเมตร / g-for ไม้ถ่าน ) และที่เทียบเท่ากับอุณหภูมิ , SSA ของไม้ไบโอชาร์ขึ้นเป็นมากขึ้นกว่าที่ของหญ้าไบโอชาร์ 2 ครั้ง ในแง่ของ microporosity ,ไม้ไบโอชาร์ผลิต 450 องศา C ได้ระดับต่ำมากของ microporosity และยอดสูงสุดของการกระจายขนาดรูขุมขนเป็นข้อสังเกตที่รูขุมขนกว้าง 1.1 nm ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้าง micropore 450 องศา อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ 850 องศา C การส่งเสริมการก่อตัวของ micropores ที่มียอดสูงสุดเกิดขึ้นที่ 28 นาโนเมตร ที่อุณหภูมินี้รูเป็นหลัก ( < 1 nm ในรูขุมขนกว้าง . ดาวนี่ et al . ( 2009 ) พบว่า ในขณะที่อุณหภูมิสูงให้กระตุ้นพลังสำหรับปฏิกิริยาที่นำไปสู่การปรับโครงสร้างและการสั่งซื้อวัสดุ ระยะเวลาของอุณหภูมิช่วยให้ขอบเขตของความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาเหล่านี้พวกเขาเป็นแข็งแรงและเกือบเป็นเส้นตรง ความสัมพันธ์ระหว่างเจ้าหน้าที่ของ biochars ( ถึง 2000 ตารางเมตร / กรัม และปริมาณ micropore ( m3 / 0.6 กรัม ) ทั้งเจ้าหน้าที่ micropores และมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงและผลกระทบของสารเคมีโดยการ ecotoxicological ต่อสิ่งมีชีวิตในดิน ( กล่าวถึงทีหลัง ) .

2.4 . ความจุในการแลกเปลี่ยนประจุบวก และประจุลักษณะ
biochars สามารถเพิ่มความจุในการแลกเปลี่ยนประจุบวก ( CEC ) ของดินโดยเฉพาะอย่างสูงผุ , สารอาหารไม่ดี ดินทราย แต่นี้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของไบโอชาร์และอายุของไบโอชาร์ใช้ในดินได้ การขาดระเบียบวิธีมาตรฐานการประเมินของ CEC ใน biochars ทำให้มันยากที่จะเปรียบเทียบวัสดุจากวัตถุดิบที่แตกต่างกัน และอุณหภูมิที่ใช้ในการผลิตในบางกรณี การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไพโรได้รับการแสดงเพื่อลดปริมาณของไบโอชาร์ ( กัสคิ่น et al . , 2008 ) ในขณะที่ในกรณีอื่น ๆ , CEC เพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ( Singh et al . , 2010b ) ลดอุณหภูมิไบโอชาร์อธิบายโดยกัสคิ่น et al . ( 2008 ) คือการแสดงที่มีระดับที่สูงขึ้นของออกซิเจนพื้นผิวการทำงานกลุ่ม มากขึ้น ส่งผลให้ปริมาณ .เผยแพร่ข้อมูลแนะนำว่า biochars จากวัสดุไม้มีแนวโน้มที่จะให้ค่า CEC ต่ำ ในขณะที่วัสดุพืช เช่น อ้อย nonwoody ถังขยะ ( ใบ ) หรือเปลือกไม้ มีแนวโน้มสูงกว่าค่า CEC ( ชาน et al . , 2007 , กัสคิ่น et al . , 2008 , และ gundale Deluca 2006 สาขา et al . , 2009 Singh et al . , 2010b , รถตู้ zwieten et al . , 2010b และยามาโมโตะ et al . , 2006 ) .

ไบโอชาร์ประกอบด้วยคอมโพเนนต์เสถียรทางเคมีสูง หอม ( ชมิดท์ และ noack , 2000 ) และการพัฒนาของประจุลบจากไบโอชาร์ออกซิเดชันในดินได้ถูกนำเสนอในการศึกษาหลายแห่ง ( เช่น เฉิง et al . , 2006 , เฉิง et al . , 2008 , Hamer et al . , 2004 และเลี่ยง et al . , 2006 ) . ในอเมซอนบราซิลหาค่าได้ถึง 2 เท่า สูงกว่าในดินกับชีวมวลก่อนคริสต์ศักราชกว่าในดินที่อยู่ติดกัน ( Liang et al . , 2006 ) ความเสถียรและการเกิดออกซิเดชันของไบโอชาร์ในดินที่ได้รับผลกระทบ โดยอายุ และสภาพสิ่งแวดล้อม ดิน เฉิง et al . ( 2006 ) พบว่ากระบวนการที่สิ่งมีชีวิตสำคัญมากกว่ากระบวนการชีวภาพสำหรับออกซิเดชันของไบโอชาร์ .พวกเขารายงานมากกว่าหกเวลา เพิ่มศักยภาพของ CEC BC แก้ไขดินหลังจากบ่มเป็นเวลา 4 เดือนที่อุณหภูมิ 70 องศา ในการศึกษาอื่น เฉิง et al . ( 2551 ) พบว่า ประวัติศาสตร์ พ.ศ. จำนวนจากหมายเลขของเว็บไซต์ในแคนาดาและสหรัฐอเมริกามีการออกซิไดซ์มากหลัง 130 ปี ในดิน หลัก การเปลี่ยนแปลงในก่อนคริสต์ศักราชประวัติศาสตร์เปรียบเทียบกับ พ.ศ. ใหม่ ได้แก่ :( ผม ) ลดลง C เนื้อหาและเพิ่มเนื้อหา O และ H ( ii ) การก่อตัวของหมู่ฟีนอลและการทำงานกลุ่ม และ ( 3 ) ลดประจุบวกและประจุลบเพิ่มพื้นผิวพื้นผิว . จุดศูนย์ดูแลผู้สูงอายุพ.ศ. ตัวอย่างลดลงกว่าปีก่อนคริสตกาล สด ใหม่ และแตกต่างจากไบโอชาร์ ( ใหม่ bchw ) ที่ร่วมแลกเปลี่ยนไอออนความจุอายุ biochars ( bc30 และ bc7 ) และประวัติศาสตร์ที่สำคัญแห่ง≥ไบโอชาร์มี pH 3 ( รูปที่ 4 ; เฉิง et al . , 2008 ) ไบโอชาร์เสถียรภาพในดินยังได้รับผลกระทบจากภาวะความชื้น ในการศึกษาที่ 30 ° C ข้าวโพด 1 ฟักไบโอชาร์ mineralized อย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขที่ไม่อิ่มตัวในขณะที่ไบโอชาร์ไม้โอ๊กแพ้คาร์บอนมากที่สุดภายใต้เงื่อนไขอื่นไม่อิ่มตัวและอิ่มตัว ( Nguyen และ เลห์มันน์ , 2009 )