Abstract
Biochar is a stable carbon-rich by-product synthesized through pyrolysis/carbonization of plant- and animal-based biomass. An increasing interest in the beneficial application of biochar has opened up multidisciplinary areas for science and engineering. The potential biochar applications include carbon sequestration, soil fertility improvement, pollution remediation, and agricultural by-product/waste recycling. The key parameters controlling its properties include pyrolysis temperature, residence time, heat transfer rate, and feedstock type. The efficacy of biochar in contaminant management depends on its surface area, pore size distribution and ion-exchange capacity. Physical architecture and molecular composition of biochar could be critical for practical application to soil and water. Relatively high pyrolysis temperatures generally produce biochars that are effective in the sorption of organic contaminants by increasing surface area, microporosity, and hydrophobicity; whereas the biochars obtained at low temperatures are more suitable for removing inorganic/polar organic contaminants by oxygen-containing functional groups, electrostatic attraction, and precipitation. However, due to complexity of soil–water system in nature, the effectiveness of biochars on remediation of various organic/inorganic contaminants is still uncertain. In this review, a succinct overview of current biochar use as a sorbent for contaminant management in soil and water is summarized and discussed.
Keywords
Black carbon; Charcoal; Activated carbon; Slow pyrolysis; Bioavailability; Amendment
1. Introduction
1.1. Background and biochar definition
The origin of biochar is connected to the ancient Amerindian populations in the Amazon region, locally known as Terra Preta de Indio, where dark earth was created through the use of slash-and-char techniques (Lehmann, 2009 and Lehmann and Joseph, 2009). Research on Terra Preta soils (Hortic Anthrosols) in Amazonia has revealed the effects of biochar on functionalization of soils. Especially, because the biochar has been known as an excellent soil amendment for soil fertility and sustainability, many researchers and farmers worldwide are paying attention to its hidden secrets. Biochar is also recognized as a very significant tool of environmental management (Lehmann and Joseph, 2009).
Biochar is a newly constructed scientific term. According to Lehmann and Joseph (2009), it is defined as “a carbon (C)-rich product when biomass such as wood, manure or leaves is heated in a closed container with little or unavailable air” ( Lehmann and Joseph, 2009). Shackley et al. (2012) defined biochar more descriptively as “the porous carbonaceous solid produced by the thermochemical conversion of organic materials in an oxygen depleted atmosphere that has physicochemical properties suitable for safe and long-term storage of carbon in the environment”. Verheijen et al. (2010) also defined biochar as “biomass that has been pyrolyzed in a zero or low oxygen environment applied to soil at a specific site that is expected to sustainably sequester C and concurrently improve soil functions under current and future management, while avoiding short- and long-term detrimental effects to the wider environment as well as human and animal health”. The International Biochar Initiative (IBI) standardized its definition as “a solid material obtained from the thermochemical conversion of biomass in an oxygen-limited environment” ( IBI, 2012). All of these definitions are directly or indirectly related to the biochar production condition and its application to soil. Lehmann and Joseph (2009) distinguished biochar operationally from charcoal. Primarily, the difference between these two terms lies in the end use. The charcoal is a source of charred organic matter for producing fuel and energy whereas the biochar can be applied for carbon sequestration and environmental management. The term hydrochar is closely related to biochar; however, it is distinguished by different condition like the hydrothermal carbonization of biomass ( Libra et al., 2011). In general, biochar is produced by dry carbonization or pyrolysis and gasification of biomass, whereas hydrochar is produced as a slurry in water by hydrothermal carbonization of biomass under pressure. The two chars differ widely in chemical and physical properties ( Bargmann et al., 2013).
บทคัดย่อ
Biochar เป็นที่มั่นคงเต็มไปด้วยคาร์บอนโดยผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ที่ผ่านการไพโรไลซิ / ถ่านของพืชและสัตว์ชีวมวลที่ใช้ ดอกเบี้ยที่เพิ่มขึ้นในการประยุกต์ใช้เป็นประโยชน์ของ biochar ได้เปิดพื้นที่สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม การใช้งานที่มีศักยภาพรวมถึง biochar คาร์บอนปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดินมลพิษฟื้นฟูและการรีไซเคิล by-product/waste การเกษตร พารามิเตอร์ที่สำคัญในการควบคุมคุณสมบัติของมันรวมถึงอุณหภูมิไพโรไลซิเวลาที่อยู่อาศัยอัตราการถ่ายโอนความร้อนและประเภทวัตถุดิบ ประสิทธิภาพของ biochar ในการบริหารจัดการสารปนเปื้อนจะขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของรูขุมขนและการกระจายขนาดความจุแลกเปลี่ยนไอออน สถาปัตยกรรมทางกายภาพและองค์ประกอบโมเลกุลของ biochar อาจจะเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้ในการปฏิบัติเพื่อดินและน้ำ อุณหภูมิไพโรไลซิค่อนข้างสูงโดยทั่วไปผลิต biochars ที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับสารปนเปื้อนอินทรีย์โดยการเพิ่มพื้นที่ผิว microporosity และ hydrophobicity; ในขณะที่ biochars ได้ที่อุณหภูมิต่ำมีความเหมาะสมมากสำหรับการลบนินทรีย์ / สารปนเปื้อนอินทรีย์ขั้วโลกโดยกลุ่มออกซิเจนที่มีการทำงานที่น่าสนใจไฟฟ้าสถิตและฝน แต่เนื่องจากความซับซ้อนของระบบดินน้ำในธรรมชาติประสิทธิภาพของ biochars ในการฟื้นฟูของอินทรีย์ / นินทรีย์สารปนเปื้อนต่างๆยังคงมีความไม่แน่นอน ในการทบทวนนี้ภาพรวมสั้นในการใช้งาน biochar ปัจจุบันเป็นตัวดูดซับสำหรับการจัดการสารปนเปื้อนในดินและน้ำจะสรุปและกล่าวคำดำคาร์บอน ถ่าน; ถ่าน; ไพโรไลซิช้า ดูดซึม; แก้ไข1 บทนำ1.1 ประวัติความเป็นมาและความหมาย biochar ที่มาของ biochar เชื่อมต่อกับประชากร Amerindian โบราณในภูมิภาคอเมซอนเป็นที่รู้จักเฉพาะ Terra เปรเดออินดิโอที่โลกมืดที่ถูกสร้างขึ้นผ่านการใช้เทคนิคการเฉือนและถ่าน (มาห์, 2009 และมาห์และ โจเซฟ, 2009) งานวิจัยเกี่ยวกับดิน Terra Preta (Hortic Anthrosols) ใน Amazonia ได้เปิดเผยผลกระทบจาก biochar ใน functionalization ของดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะ biochar ได้รับการเรียกว่าการแก้ไขดินที่ดีสำหรับความอุดมสมบูรณ์ของดินและความยั่งยืนของนักวิจัยหลายคนและเกษตรกรทั่วโลกกำลังให้ความสนใจกับความลับที่ซ่อนอยู่ของ Biochar ได้รับการยอมรับว่าเป็นเครื่องมือที่มีความสำคัญมากในการบริหารจัดการด้านสิ่งแวดล้อม (มาห์และโจเซฟ, 2009) Biochar เป็นระยะทางวิทยาศาสตร์ที่เพิ่งสร้าง ตามที่มาห์นและโจเซฟ (2009) ก็มีการกำหนดเป็น "คาร์บอน (C) ที่อุดมด้วยผลิตภัณฑ์เมื่อชีวมวลเช่นไม้ปุ๋ยหรือใบถูกทำให้ร้อนในภาชนะปิดที่มีอากาศเพียงเล็กน้อยหรือใช้งานไม่ได้" (มาห์และโจเซฟ, 2009) . Shackley ตอัล (2012) ที่กำหนดไว้ biochar เพิ่มเติมบรรยายว่า "คาร์บอนที่มีรูพรุนที่เป็นของแข็งที่ผลิตโดยการแปลงความร้อนของวัสดุอินทรีย์ในบรรยากาศออกซิเจนหมดที่มีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เหมาะสมสำหรับการจัดเก็บที่ปลอดภัยและระยะยาวของคาร์บอนในสภาพแวดล้อมที่" Verheijen ตอัล (2010) นอกจากนี้ยังกำหนด biochar ว่า "ชีวมวลที่ได้รับการเผาในสภาพแวดล้อมที่ออกซิเจนเป็นศูนย์หรือต่ำนำไปใช้กับดินที่เว็บไซต์เฉพาะที่คาดว่าจะยึดทรัพย์อย่างยั่งยืนซีและพร้อมปรับปรุงการทำงานของดินภายใต้การบริหารในปัจจุบันและอนาคตในขณะที่การหลีกเลี่ยงในระยะสั้นและ ผลกระทบที่เป็นอันตรายในระยะยาวต่อสิ่งแวดล้อมในวงกว้างเช่นเดียวกับสุขภาพของมนุษย์และสัตว์ " นานาชาติ Biochar Initiative (IBI) มาตรฐานคำจำกัดความของคำว่า "วัสดุของแข็งที่ได้รับจากการแปลงความร้อนของชีวมวลในสภาพแวดล้อมที่ออกซิเจน จำกัด " (IBI, 2012) ทั้งหมดของคำนิยามเหล่านี้จะเกี่ยวข้องโดยตรงหรือโดยอ้อมกับสภาพการผลิต biochar และการประยุกต์ใช้ให้กับดิน มาห์และโจเซฟ (2009) ในการดำเนินงาน biochar แตกต่างจากถ่าน หลักความแตกต่างระหว่างสองคำนี้อยู่ในการใช้ปลาย ถ่านเป็นแหล่งที่มาของสารอินทรีย์ย่างในการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและพลังงานในขณะที่ biochar สามารถนำมาใช้ในการกักเก็บคาร์บอนและการจัดการสิ่งแวดล้อม hydrochar คำที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ biochar; แต่มันเป็นความโดดเด่นด้วยสภาพที่แตกต่างกันเช่นถ่านร้อนของชีวมวล (ราศีตุลย์และคณะ. 2011) โดยทั่วไป biochar ผลิตโดยถ่านแห้งหรือไพโรไลซิและการผลิตก๊าซชีวมวลในขณะที่ hydrochar ผลิตเป็นสารละลายในน้ำร้อนโดยถ่านชีวมวลภายใต้ความกดดัน สองตัวอักษรแตกต่างกันอย่างแพร่หลายในคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ (Bargmann et al,. 2013)
การแปล กรุณารอสักครู่..
ไบโอชาร์นามธรรม
เป็นมั่นคง รวยได้โดยไพโรไลซิสกากคาร์บอน / คาร์บอนในพืชและสัตว์สามารถใช้ ความสนใจที่เพิ่มขึ้นในการใช้ประโยชน์ของไบโอชาร์ได้เปิดพื้นที่สหสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม การใช้งานไบโอชาร์ศักยภาพการกักเก็บคาร์บอน ได้แก่ การปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน , การฟื้นฟู , มลพิษและวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร / ขยะรีไซเคิล คีย์พารามิเตอร์การควบคุมคุณสมบัติของมันรวมถึงอุณหภูมิ , ระยะเวลาการเผา อัตราการถ่ายเทความร้อนและประเภทของวัตถุดิบ ประสิทธิภาพของไบโอชาร์ในการจัดการสารปนเปื้อนขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของรูขุมขนและความจุขนาด 2 .สถาปัตยกรรมทางกายภาพและองค์ประกอบของโมเลกุลไบโอชาร์อาจจะสำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้งานจริงกับดินและน้ำ อุณหภูมิการเผาค่อนข้างสูงโดยทั่วไปผลิต biochars ที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับสารปนเปื้อนอินทรีย์โดยการเพิ่มพื้นที่ผิว microporosity และไม่ชอบ ;ส่วน biochars ที่ได้รับอุณหภูมิต่ำจะเหมาะสำหรับการลบสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ อนินทรีย์ / ขั้วโลกโดย oxygen-containing กลุ่ม , สถานที่ , ไฟฟ้าสถิต การทำงานและการตกตะกอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความซับซ้อนของระบบน้ำและดินในธรรมชาติ ประสิทธิภาพของ biochars ในการฟื้นฟูต่างๆ อินทรีย์ / อนินทรีย์ปนเปื้อนยังคงไม่แน่นอน ในการตรวจสอบนี้ภาพรวมของการใช้ไบโอชาร์ในปัจจุบันเป็นมาตรฐานสำหรับการจัดการสารปนเปื้อนในดิน และดูดซับน้ำได้สรุป และกล่าวถึง ข้อสังเกต
สีดำคาร์บอน ; ถ่าน ; ถ่านลิกไนต์การแก้ไข ; ช้า ; ;
1 บทนำ
1.1 . ภูมิหลังและไบโอชาร์คำนิยาม
ที่มาของไบโอชาร์เชื่อมต่อกับประชากรในภูมิภาค Amazon เมื นเดียนโบราณ ,ในประเทศที่เรียกว่า Terra เปรต de เมืองอินดิโอ , ที่โลกมืดที่ถูกสร้างขึ้นผ่านการใช้ฟันและ char เทคนิค ( เลห์มันน์ 2009 และ เลห์มันน์ โจเซฟ , 2009 ) งานวิจัยเกี่ยวกับ Terra เปรตดิน ( hortic anthrosols ) ใน Amazon ได้เปิดเผยผลของไบโอชาร์ใน functionalization ของดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะไบโอชาร์ได้ถูกเรียกว่าเป็นการแก้ไขดินที่ดีสำหรับความอุดมสมบูรณ์ของดิน และความยั่งยืน นักวิจัยและเกษตรกรจำนวนมากทั่วโลกจะให้ความสนใจกับความลับที่ซ่อนอยู่ของ ไบโอชาร์ยังได้รับการยอมรับเป็นเครื่องมือสำคัญของการจัดการสิ่งแวดล้อม ( เลห์มันน์และโจเซฟ , 2009 ) .
ไบโอชาร์ถูกสร้างขึ้นใหม่ทางวิทยาศาสตร์ในระยะ ตามเลห์แมน โยเซฟ ( 2009 )มันหมายถึง " เป็น คาร์บอน ( C ) - ผลิตภัณฑ์เมื่อมวลชีวภาพ เช่น ไม้รวย ปุ๋ยคอก หรือใบ จะอุ่นในภาชนะปิดที่มีน้อยหรือไม่มีอากาศ " ( เลห์มันน์และโจเซฟ , 2009 ) แชคลีย์ et al .( 2012 ) กำหนดไบโอชาร์เพิ่มเติมวิธีการ " ที่ประกอบด้วยคาร์บอนที่มีรูพรุนที่เป็นของแข็งที่ผลิตโดยเคมีความร้อนการแปลงวัสดุอินทรีย์ในบรรยากาศที่มีออกซิเจนหมดคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เหมาะสมสำหรับการเก็บรักษาที่ปลอดภัย และระยะยาวของคาร์บอนในสภาพแวดล้อม " verheijen et al .( 2010 ) ยังกำหนดไบโอชาร์เป็นชีวมวลที่ได้ถูกเผาในบรรยากาศในศูนย์หรือสภาพแวดล้อมที่ออกซิเจนต่ำ ดินที่ใช้กับเว็บไซต์ที่เฉพาะเจาะจงที่คาดว่าจะยั่งยืน Sequester C และพร้อมปรับปรุงหน้าที่ดินภายใต้การจัดการในปัจจุบันและอนาคต ในขณะที่หลีกเลี่ยงระยะสั้นและระยะยาวมีผลกับกว้างสภาพแวดล้อมเช่นเดียวกับสุขภาพของมนุษย์ " และ สัตว์ความคิดริเริ่มไบโอชาร์ อินเตอร์เนชั่นแนล ( มีนัย ) มาตรฐานของคำจำกัดความว่า " วัสดุแข็งที่ได้จากการแปลงเคมีความร้อนของชีวมวลในออกซิเจนจำกัดสิ่งแวดล้อม " ( มีนัย , 2012 ) ทั้งหมดของคำนิยามเหล่านี้จะโดยตรงหรือโดยอ้อมที่เกี่ยวข้องกับสภาพการผลิตไบโอชาร์และการประยุกต์ในดิน เลห์มันน์ โจเซฟ ( 2009 ) ไบโอชาร์ดี แตกต่างจากถ่านไม้หลักความแตกต่างระหว่างเงื่อนไขที่สองเหล่านี้อยู่ในสุดใช้ ถ่านเป็นแหล่งของอินทรียวัตถุที่ไหม้เกรียม เพื่อผลิตเชื้อเพลิงและพลังงานในขณะที่ไบโอชาร์สามารถนำมาใช้สำหรับการกักเก็บคาร์บอน และการจัดการสิ่งแวดล้อม คำ hydrochar เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับไบโอชาร์ อย่างไรก็ตามมันมีความโดดเด่นที่แตกต่างกัน อาการเหมือนถ่านด้วยมวลชีวภาพ ( ราศีตุลย์ et al . , 2011 ) ในทั่วไป , ไบโอชาร์ผลิตโดยการไพโรไลซิสของชีวมวลและก๊าซแห้ง หรือส่วน hydrochar ผลิตเป็นสารละลายในน้ำโดยใช้ถ่านด้วยมวลชีวภาพภายใต้ความกดดัน สองตัวอักษรที่แตกต่างกันอย่างกว้างขวางในทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพ ( bargmann et al . ,2013 )
การแปล กรุณารอสักครู่..