ارزیابی تأثیر نوع زیتوده و دمای گرماکافت بر برخی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی زغال زیستی

مقاله پژوهشی

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و چهارم، شماره هشت، آبان ماه 1401  (150- 133)

ارزیابی تأثیر نوع زیتوده و دمای گرماکافت بر برخی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی زغال زیستی

ندا سیدی [1]

 مهدی احمدیوسفی  [2]^*

m.ahmadyousefi1@gmail.com

مهدیه امیری‌نژاد[3]

محبوبه زاهدی‌فر[4]

فاطمه علیزاده[5]

محبوبه زاهد[6]

چکیده

زمینه و هدف: فرآوری پسماندهای آلی و بازگشت آن‌ها به خاک، کمک شایانی به کشاورزی پایدار می‌نماید. زغال زیستی حاصل از فرآیند گرماکافت پسماندهای آلی است. ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی زغال زیستی به طور معنی‌داری متأثر از ویژگی‌های زیتوده و نیز دمای فرآیند گرماکافت می‌باشد. اطلاع از ویژگی‌های زغال زیستی تولید شده برای استفاده به عنوان یک ماده اصلاحی در خاک ضروری می‌باشد. هدف از این پژوهش تعیین بهترین دما و زیتوده برای تولید زغال زیستی می‌باشد.

روش بررسی: به منظور بررسی تأثیر نوع زیتوده و درجه حرارت‌های مختلف فرآیند گرماکافت جهت انتخاب زغال زیستی با بالاترین قابلیت جذب و تبادل یونی، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه پژوهشی دانشکده کشاورزی و دانشکده علوم دانشگاه جیرفت در بهار سال 1400 انجام شد. تیمارها شامل پنج نوع زغال زیستی تهیه شده از بقایای گندم، بقایای یونجه، بقایای سیب زمینی، خاک اره و لیف درخت خرما در دماهای 300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد بودند. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی زغال زیستی‌ها شامل اسیدیته (pH)، شوری (EC)، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)، چگالی ظاهری، چگالی حقیقی، کربن پایدار، نیتروژن کل، تخلخل، سطح ویژه، عملکرد زغال زیستی و مقدار خاکستر با استفاده از نرم‌افزار آماری SAS (9.1)  مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‌ها: نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش درجه حرارت از 300 به 500 درجه سانتی‌گراد مقدار عملکرد زغال زیستی، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و چگالی ظاهری آن کاهش یافت و در مقابل اسیدیته (pH)، شوری (EC)، چگالی ظاهری، چگالی حقیقی، کربن پایدار، نیتروژن کل، تخلخل، سطح ویژه، عملکرد و مقدار خاکستر در زغال زیستی‌های تولید شده افزایش نشان داد. همچنین ویژگی‌های مختلف زغال‌های زیستی به شدت تحت تاثیر ماهیت مواد اولیه نیز قرار دارد. با توجه به نتایج زغال زیستی حاصل از بقایای یونجه در دمای 500 درجه سانتی‌گراد به عنوان بهترین زغال زیستی قابل دسترس توصیه می‌شود.

بحث و نتیجه‌گیری: در فرآبند تولید زغال زیستی ماهیت مواد اولیه و نیز درجه حرارت فرآیند گرماکافت نفس بسزایی بر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی زغال زیستی دارند. با در نظر گرفتن ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی برای تولید انبوه و اقتصادی این ماده، می‌توان به ترتیب اولویت زغال‌های زیستی تولید شده حاصل از بقایای یونجه، خاک اره، لیف خرما، بقایای سیب زمینی و بقایای گندم در دمای 500 درجه سانتی‌گراد را جهت بهبود خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و در نهایت افزایش راندمان جذب عناصر غذایی از خاک، پیشنهاد کرد.

واژه­های کلیدی: گرماکافت، کربن پایدار، زغال زیستی و بقایای کشاورزی.

The assessment of biomasses effect and pyrolysis temperatures on some chemical and physical properties of biochar

Neda Sayedi ^[7]

Mehdi Ahmadyousefi [8] ^*

m.ahmadyousefi1@gmail.com

Mahdiyeh Amirinejad[9]

Mahboobeh Zahedifar[10]

Fatemeh Alizadeh[11]

Mahboobeh Zahed[12]

Abstract

Background and Objective: The processing of organic waste and its return to the soil contributes significantly to sustainable agriculture Biochar is the result of the pyrolysis temperatures of organic waste. The chemical and physical properties of biochar are expressively affected by the properties of the biomass as well as the temperature of the thermocouple process. Knowledge of the properties of prepared biochar is essential for its usage as a soil remediator.

Material and Methodology: In order to select biochar with the highest ion absorption and exchange capacity, a wide range of different pyrolysis temperature were applied to produce biochar from different biomass tissues. A factorial experiment in a completely randomized design with three replications in the research laboratory of the Faculty of Agriculture and the Faculty of Science, University of Jiroft, Jiroft, Iran, was done in spring 1400. Treatments included five types of prepared biochar from wheat residues, alfalfa residues, potato residues, sawdust and date palm leaf at temperatures of 300, 400 and 500 ° C. Physical and chemical properties of biochar including acidity (pH), salinity (EC), cation exchange capacity (CEC), bulk density, true density, stable carbon, total nitrogen, porosity, specific surface area, biomass yield and ash content were studied.

Finding: The results showed that with increasing the temperature from 300 to 500 ° C, the amount of biochar yield, cation exchange capacity (CEC) and its apparent density decreased but (pH), salinity (EC), apparent density showed true density, stable carbon, total nitrogen, porosity, specific surface area, yield and ash content in the prepared biochar increased. Also, different properties of biochar are strongly influenced by the nature of raw materials. According to the data, the prepared biochar from alfalfa residues at 500 ° C is recommended as the best available biochar.

Discussion & Conclusion: In the biochar production process, the nature of the raw materials as well as the temperature of the heat-burning process have a great impact on the physical and chemical properties of biochar. Considering the physical and chemical properties for mass and economic production of this material, the prepared biochar from alfalfa residues, sawdust, date leaf, potato residues and wheat residues at 500 ° C can improve the physical and chemical properties of the soil and the efficiency of nutrient uptake from the soil, respectively

Keywords: pyrolysis, Sustainable carbon, Biochar and agricultural residues.

مقدمه

ازدیاد روزافزون جمعیت و به تبع آن افزایش فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی می‌تواند سبب تولید انبوه پسماندهای آلی در مزارع شود. افزایش این پسماندها می‌تواند پیامدهای زیان‌بار بسیاری برای سلامتی محیط زیست ایجاد کند (1). یکی از رویه‌های نامناسب، به ویژه در کشورهای توسعه‌نیافته و در حال توسعه، سوزاندن پسماندهای آلی و بقایای گیاهی در مزارع است که در درازمدت سبب تخریب ساختمان خاک از طریق حذف مواد آلی و فعالیت ریز جانداران شده که نتیجه آن کاهش نفوذپذیری و افزایش پتانسیل فرسایش‌پذیری خاک می‌باشد (2). مدیریت صحیح این پسماندهای آلی، از عوامل مهم در دستیابی به اهداف کشاورزی پایدار می‌باشد (3). بنابراین فرآوری این پسماندهای آلی و استفاده مجدد از آن‌ها می‌تواند راهکار مناسبی جهت توسعه کشاورزی پایدار باشد. از جمله فرآیندهایی که در سال‌های اخیر مورد توجه پژوهشگران واقع شده است، فرآیند گرماکافت می‌باشد که به کمک آن می‌توان پسماندهای آلی را به زغال زیستی  تبدیل کرد (4).

زغال زیستی ماده‌ای جامد، سیاه رنگ و غنی از کربن پایدار می‌باشد که در نتیجه سوزاندن انواع مواد آلی در شرایط بدون اکسیژن و یا با اکسیژن کم، در دماهای 300  تا 1000 درجه سیلیسوس تولید می‌شود (5). در سال‌های اخیر کاربرد مواد آلی به صورت زغال زیستی در خاک مورد توجه بسیاری از مجامع علمی قرار گرفته است، زیرا این ماده در بسیاری از منابع به عنوان یک اصلاح‌کننده‌ی مناسب برای خاک شناخته شده است (6). کاربرد زغال زیستی، راهکاری مناسب برای بازیافت مواد آلی و مدیریت پسماندهای آلی می باشد و عاملی است که با صرفه اقتصادی که دارد، می‌تواند موجب بهبود شرایط خاک شود. ساختار مولکولی گسترده کربن‌های آروماتیک در زغال زیستی می تواند سبب پایداری زیاد آن در خاک و نیز افزایش ظرفیت نگهداشت آب خاک تغییر و بهبود بسیاری از شرایط خاک شود (7). از دیگر اثرات سودمند کاربرد زغال زیستی در خاک‌های کشاورزی، می‌توان به افزایش ماده آلی، افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و تعامل با چرخه مواد غذایی خاک از طریق تعدیل pH خاک و کاه شستشوی عناصر غذایی اشاره کرد(8). زغال زیستی ماده ای متخلخل با سطح ویژه بالا است که می تواند اثرات معنی داری بر رطوبت خاک و پویایی عناصر غذایی در خاک داشته باشد(9). مطالعات نشان می‌دهد که ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی زغال زیستی به طور قابل توجهی تحت تأثیر عواملی نظیر درجه حرارت فرآیند گرماکافت و نیز نوع زیتوده تغییر می‌کند(10) .

با افزایش درجه حرارت فرآیند گرماکافت، ترکیبات فرار (هیدروژن و اکسیژن) موجود در زغال زیستی کاهش یافته (11) سطح ویژه و محتوای خاکستر نمونه افزایش ولی میزان گروه‌های عاملی سطحی زغال زیستی که منجر به بهبود ظرفیت تبادل کاتیونی آن می‌شوند، کاهش می‌یابند (12). از طرفی چگالی ظاهری زغال زیستی بسیار کمتر از خاک‌های معدنی است، بنابراین کاربرد زغال زیستی مانند دیگر مواد آلی به دلیل سبک‌تر بودن نسبت به مواد تشکیل دهنده خاک می‌تواند بر چگالی ظاهری خاک تاثیر بگذارد و آن را نیز کاهش دهد(10). زغال زیستی همچنین نگهداری مواد مغذی خاک و دسترسی به عناصر غذایی را افزایش می‌دهد(1). تخلخل و سطح ویژه زغال زیستی حاصل از ضایعات مرکبات و کاه برنج با افزایش درجه حرارت فرآیند گرماکافت، افزایش می‌یابد(13). زغال زیستی تولیدی در دماهای کم (250 تا 400 درجه سانتی‌گراد) حاوی گروه‌های عاملی C=O و C-H آلیفاتیک بیشتری است که می‌توانند سطوح تبادل عناصر غذایی را فراهم کنند (14). ماده آلی بیوچار یا همان زغال زیستی  با درصد جذب 99 درصدی می‌تواند تمام آلاینده‌های پساب‌های صنایع، فاضلاب‌ها و آب‌های آلوده  را جذب نماید (15، 16)، و اگر خود به عنوان یک آلاینده باقی بماند تاثیری بر محیط نخواهد داشت (17، 18). تولید انواع زغال زیستی در نبود اکسیژن، دی اکسید کربن تولید نمی‌کنند، به همین خاطراز افزایش گرمای زمین جلوگیری کرده خود به عنوان ماده دوستدار محیط زیست و بدون خطر آلایندگی مطرح است (3). تفاوت در نوع ماده اولیه سبب ایجاد اختلاف معنی‌داری در میزان سطح ویژه، منافذ و گروه‌های عاملی در زغال زیستی می‌شود که این عوامل، ویژگی‌های جذبی زغال زیستی را تحت تأثیر قرار می‌دهند (19). زغال زیستی حاصل از کود مرغی، سطح ویژه و تخلخل بیشتری نسبت به زغال زیستی حاصل از کاه گندم داشت با وجود این که هر دو زغال زیستی تولیدی در دمای400 درجه سانتی‌گراد بودند(5). اما اطلاع از ویژگی زغال زیستی تولیدشده برای استفاده به عنوان یک ماده اصلاحی در خاک ضروری می‌باشد (17). بنابراین ویژگی‌های مختلف زغال زیستی به شدت تحت تأثیر ماهیت ماده اولیه و نیز درجه حرارت فرآیند گرماکافت قرار دارد (14). در همین راستا پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر نوع زیتوده و درجه حرارت‌های مختلف فرآیند گرماکافت جهت انتخاب زغال زیستی با بالاترین قابلیت جذب و تبادل یونی انجام شد.

مواد و روش‌ها

به منظور بررسی تأثیر نوع زیتوده و درجه حرارت‌های مختلف فرآیند گرماکافت جهت انتخاب زغال زیستی با بالاترین قابلیت جذب و تبادل یونی، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه پژوهشی دانشکده کشاورزی و دانشکده علوم دانشگاه جیرفت در بهار سال 1400 انجام شد. زغال زیستی از پنج نوع زیتوده از منابع آلی مختلف شامل: کاه و کلش برنج، خاک اره، برگ و ساقه یونجه، برگ و ساقه سیب زمینی و لیف درخت خرما تهیه شد. زیتوده‌ها در فضای آزاد در مجاورت جریان هوا خشک، آسیاب و برای اطمینان از یکنواختی نمونه‌ها در طی گرماکافت از الک دو میلی‌متری عبور داده شدند. پس از آن به منظور تولید زغال زیستی، نمونه‌ها درون جعبه‌ی فلزی از جنس آهن گالوانیزه با آستر ورقه نازک آلومینیومی قابل تعویض و با ابعاد متناسب با محفظه‌ی کوره قرار داده شد. نمونه‌ها توسط وزنه‌ی 10 کیلوگرمی جهت تخلیه‌ی هوا کاملاً فشرده شدند و بعد از پوشاندن کامل مواد درون جعبه توسط ورقه آلومینیومی، درب جعبه محکم بسته شده و درون کوره الکتریکی Muffle Furnac مدل  SEF- 110ساخت شرکت FINE TECH  قرار داده شد (4). فرآیند گرماکافت نمونه‌ها در کوره در سه سطح دمایی300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد، با نرخ افزایش دمای هفت درجه سانتی‌گراد در دقیقه و به مدت دو ساعت در دماهای مذکور حرارت دیدند و پس از سردشدن کامل، جعبه از کوره خارج شد. برخی از ویژگی‌های شیمیایی زیتوده اولیه (جدول1) و زغال زیستی تولیدی توسط روش‌های استاندارد به شرح ذیل اندازه‌گیری شدند.

اندازه‌گیری قابلیت هدایت الکتریکی (EC) و اسیدیته (pH) زیتوده اولیه و زغال زیستی

زغال زیستی )با اندازه‌ی کوچکتر از دو میلی‌متر( با آب مقطر با نسبت (1:5 آب : زغال زیستی) برای 24 ساعت هم‌زده شد. سپس مقدار pH  و EC در عصاره بدست آمده توسط دستگاه pH متر و شوری‌سنج اندازه‌گیری شد و نتایج هدایت الکتریکی بر حسب دسی‌زیمنس بر متر dS m^-1)) در دمای 20 درجه سانتی‌گراد گزارش شد (20).

اندازه‌گیری عملکرد زغال زیستی

محاسبه عملکرد به عنوان جرم زغال‌زیستی تولیدشده در واحد جرم ماده خشک اولیه و با استفاده از معادله 1 تعیین شد (21).

(1)

وزن ماده خشک با توجه به ظرف مورد استفاده در تولید زغال زیستی، بسته به تکرارهای مختلف متفاوت بود اما به گونه‌ای انتخاب شد که ضمن پرشدن ظرف، مواد خام با استفاده از ضرباتی فشرده شد تا شرایط با اکسیژن کم، بیشتر محیا باشد )به طور متوسط مقدار مواد اولیه در ظروف 100 گرم بود).

اندازه‌گیری چگالی ظاهری، چگالی حقیقی و تخلخل زغال زیستی

چگالی ظاهری یک ماده، برابر جرم واحد حجم توده‌ی آن ماده می‌باشد، دانستن این ویژگی به عنوان یک ویژگی مهم در طراحی محفظه‌های تولید زغال زیستی و تهیه زیتوده برای پرکردن کامل ظرف‌ها در تولیدهای انبوه ضروری می‌باشد. چگالی ظاهری نمونه‌های زغال زیستی طبق روش ASTM D - 285 با کمی اصلاح اندازه‌گیری شد. برای این منظور مقداری از زغال زیستی داخل استوانه‌های شیشه‌ای 100 میلی‌لیتری وزن شده‌ای ریخته و به مدت یک دقیقه روی دستگاه لرزاننده قرار داده شد تا زغال زیستی داخل سیلندر در حجم مشخصی ثابت شود و بعد از وزن کردن مجدد استوانه حاوی زغال زیستی، چگالی ظاهری زغال زیستی بر حسب گرم در سانتی مترمکعب (gcm^-3) استفاده از معادله 2 محاسبه شد (21).

چگالی حقیقی یک ماده هم عبارت از جرم واحد حجم مجموعه ذرات جامد آن ماده است  و از نسبت جرم کل ذرات به حجم آن‌ها، صرف نظر از حجم منافذ بین ذرات بدست می‌آید (22). چگالی حقیقی در تجزیه‌های مربوط به رسوب‌گذاری، محاسبه جرم و حجم ماده، محاسبه تخلخل و غیره به کار می‌رود. چگالی حقیقی نمونه‌ها با استفاده از پیکنومتر اندازه‌گیری شد و تخلخل وابسته به چگالی زغال زیستی نیز هست و با داشتن مقادیر چگالی ظاهری و چگالی حقیقی می‌توان از طریق معادله 3، درصد تخلخل را محاسبه کرد (23).

اندازه‌گیری مقدار خاکستر زغال زیستی

مقدار خاکستر زغال زیستی‌ها طبق روش استاندارد ASTM D-2866 اندازه‌گیری شد. برای این منظور، پنج گرم نمونه آون خشک از زغال زیست‌ها داخل ظرف بوته چینی بدون درب ریخته و به مدت هشت ساعت در دمای 500 درجه سانتی‌گراد قرار داده شد. بعد از این زمان ظرف را داخل دسیکاتور در دمای اتاق قرار داده تا سرد شود و مجدد توزین انجام شد و درصد مقدار خاکستر برای هر دما با استفاده از معادله 4 محاسبه شد (21).

اندازه‌گیری ظرفیت تبادل کاتیونی

جهت اندازه‌گیری ظرفیت تبادل کاتیونی زغال زیستی، ابتدا نمونه با محلول استات آمونیوم یک مولار (pH=7) اشباع شده، سپس مجموع غلظت کاتیون‌های قابل تبادل که معرف ظرفیت تبادل کاتیونی زغال زیستی می‌باشد، با استفاده از دستگاه جذب اتمی مدل  Savantaa GBCاندازه‌گیری شد (24).

اندازه‌گیری کربن کل، نیتروژن و سطح ویژه

میزان کل کربن و نیتروژن، نمونه‌ها با استفاده از دستگاه آنالیز عنصری CHNSO مدل VarioELIII اندازه‌گیری شد و همچنین اندازه‌گیری سطح ویژه زغال زیستی به روش BET1 و با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری سطح ویژه مدل Sord Nano انجام شد (19).

آنالیز داده‌ها

بعد از انجام آزمایش‌ها و مشخص‌شدن مقادیر ویژگی‌ها، داده‌های آزمایشگاهی با سه تکرار با استفاده از نرم‌افزار آماری SAS (9.1) مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به صورت نمودار در نرم‌افزار Excel ترسیم شد و میانگین‌ها توسط آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد با هم مقایسه شدند (P<0.05).

جدول 1- نتایج تجزیه فیزیکی و شیمیایی زیتوده‌های استفاده شده

Table 1. Results of physical and chemical analysis of the biomass 

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس نشان داد (جدول 2)، اثر ساده نوع زیتوده و دمای فرآیند گرماکافت بر اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، سطح ویژه، چگالی حقیقی و عملکرد زغال زیستی در سطح احتمال یک درصد (P>0/01) معنی‌دار بود همچنین ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)، نیتروژن کل، کربن آلی، تخلخل، چگالی ظاهری و عملکرد خاکستر به طور معنی‌داری تحت تأثیر اثر ساده نوع زیتوده، دمای فرآیند گرما گافت و اثرات متقابل آن ها قرار گرفته‌اند.

جدول 2- تجزیه واریانس اثر نوع زیتوده و دمای گرماکافت بر برخی ویژگی‌های زغال‌های‌زیستی

Table 2. Analysis of variance the effect of biomass type and pyrolysis temperature on some properties of biochar

ns، * و ** به ترتیب غیرمعنی‌داری و معنی‌داری در سطوح احتمال ٥ و ١ درصد.

نتایج مقایسه میانگین (جدول 3) نشان داد که دمای فرآیند گرماکافت بر اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، سطح ویژه، چگالی حقیقی و عملکرد زغال‌های‌زیستی باعث اختلاف معنی‌دار آماری (P>0/05) شد. افزایش دمای فرآیند گرماکافت سبب افزایش اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، سطح ویژه و چگالی حقیقی شد و افزایش فرآیند گرماکافت عملکرد زغال‌های‌زیستی را کاهش داد همچنین نتایج (جدول 3) نشانگر این است که نوع زیتوده اولیه اثر معنی‌دار آماری بر اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، سطح ویژه، چگالی حقیقی و عملکرد زغال‌های‌زیستی دارد. سونگ و همکاران (21) افزایش اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC) و سطح ویژه زغال زیستی در کود مرغی با افزایش دمای فرآیند پیرولیز از 300 تا 600 درجه سانتی‌گراد را گزارش کردند، آنان عنوان کردند که این افزایش به علت افزایش مقدار ،K⁺ ،Ca²⁺ ، Mg²⁺ و  Na⁺ در زغال زیستی کود مرغی می‌باشد. گاسکین و همکاران (18) گزارش کردند که زغال زیستی‌های کود مرغی، پوست بادام‌زمینی و چوب درخت کاج تولیدشده در دمای پیرولیز 400 درجه سلسیوس به ترتیب دارای pH 1/10، 10/5 و 6/7 می‌باشد. کاهش عملکرد در زغال زیستی چوب درخت کاج توسط وانگ و همکاران (25) گزارش شده است. سینک و همکاران (26) هم، افزایش pH بیوچار برگ خرما با افزایش دمای فرآیند پیرولیز از دمای 300 تا 500 درجه سلیسوس را گزارش کردند.  به طور کلی تخریب حرارتی زیست‌توده در دماهای بالای پیرولیز رخ می‌دهد. با وجود این، با افزایش دمای پیرولیز مواد فرار پیرولیتیکی به مولکول‌های آلی با وزن کم و گاز تبدیل می‌شوند (17). علت افزایش مقدار EC زغال زیستی، تخریب ساختارهای مواد اولیه و آزاد شدن برخی از عناصر ساختمانی و خروج مواد فرار می‌باشد (8). سان و همکاران (7) گزارش کردند مهمترین دلیل افزایش شوری زغال زیستی در طی فرآیند گرماکافت آزادساری املاح می‌باشد. کاهش عملکرد زغال زیستی با افزایش دما در زیست‌توده چوب در طی فرآیند پیرولیز سریع توسط کیلوویت و همکاران (16) گزارش شده است. افزایش مقدار هدایت الکتریکی با افزایش دما ممکن است مربوط به افزایش مقدار خاکستر باشد و افزایش میزان اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، سطح ویژه و کاهش میزان چگالی حقیقی می‌تواند به دلیل افزایش ترکیبات فرار حاوی هیدروژن و اکسیژن موجود در زغال‌زیستی باشد و این تغییرات زغال‌های‌زیستی تولیدی تحت تأثیر ماده اولیه آن‌ها است(13 و 14). برسلین و همکاران (9) تأثیر دمای پیرولیز و نوع مواد اولیه بر ویژگی های بیوچار را مورد بررسی قرار دادند و گزارش کردند با افزایش دمای پیرولیز عملکرد بیوچار در محدوده دمایی 350 تا 500 درجه سلسیوس به مقدار زیادی کاهش می یابد. این شاخص یکی از مهمتری ویژگی ها در بررسی صرفه اقتصادی تولید ای ماده به عنوان یک محصول کاربردی مدنظر می باشد، یعنی هرچه مقدار آن بیشتر باشد، صرفه اقتصادی در تولید بیوچار از ضایعات آلی بیشتر است. البته در ای باره باید کیفیت بیوچار که اصل دیگر ویژگی های آن می باشد نیز مدنظر قرار گرفته شود. هرچند دماهای کم یعنی 300 و 400 درجه سلسیوس تغییر چندانی بر مقدار چگالی حقیقی نسبت به مواد خام اولیه نداشت اما دمای بالا یعنی دمای 750 به مقدار زیادی چگالی حقیقی را افزایش داده بود و مقدار آن در بیوچار تولید شده در دمای 750 درجه سلسیوس تقریبا دو برابر آن در تیمار 300 درجه سلسیوس بود. دلیل افزای مقدار چگالی حقیقی مواد در  اثر تبدیل آن به بیوچار می تواند ناشی از تغییرات ایجاد شده در ماهیت مواد در طی فرایند گرماکافت باشد(9).

جدول 3- مقایسه میانگین اثر ساده نوع زیتوده و دمای گرماکافت بر برخی ویژگی‌های زغال‌های‌زیستی

Table 3. Mean comparison of sample effect biomass type and pyrolysis temperature on some properties of biochar

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC)

نتایج (شکل 1) نشان می‌دهد که ظرفیت تبادل کاتیونی با افزایش درجه حرارت فرآیند گرماکافت به صورت معنی‌داری (P>0/01) کاهش یافت. با افزایش درجه حرارت فرآیند گرماکافت از 300 به 500 درجه سانتی‌گراد، ظرفیت تبادل کاتیونی زغال‌های­زیستی لیف درخت خرما، بقایای یونجه، بقایای گندم، خاک اره و بقایای سیب زمینی به ترتیب به میزان 27، 31، 33، 27 و 41 درصد کاهش یافتند. بیشترین (81/81 سانتی مول بر کیلوگرم) میزان ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) در زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای سیب زمینی در دمای 300 درجه سانتی و کمترین (06/42 سانتی مول بر کیلوگرم) میزان ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) در زغال‌زیستی تولیدشده از زیتوده لیف درخت خرما در دمای 500 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد (شکل 1).

افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) این نوع زغال‌زیستی می‌تواند حضور گروه‌های عاملی اکسیژن‌ در ترکیباتی نظیر فنول، هیدروکسیل، کربوکسیلیک و کربونیل باشد. با توجه به نتایج طیف‌سنجی مادون قرمز زغال‌های‌زیستی، حضور گروه‌های اکسیژن‌دار می‌تواند عامل افزایش بار منفی سطحی و در نهایت افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی زغال‌زیستی شود و کاهش ظرفیت تبادل کاتیونی طی افزایش دمای فرآیند گرماکافت می‌تواند در نتیجه اکسیداسیون ترکیبات در زغال‌های‌زیستی باشد (15، 27، 28). با افزایش درجه حرارت فرایند گرماکافت، ظرفیت تبادل کاتیونی تمامی زغال های زیستی به صورت معنی داری کاهش یافت. به طور کلی با افزایش دما از 400 به 900 درجه سانتی‌گراد، ظرفیت تبادل کاتیونی زغال های زیستی باگاس نیشکر، کاه برنج، خاک اره و کنوکارپوس به ترتیب به میزان 2/41، 1/65، 1/36 و 7/28 درصد کاهش یافت (29).

شکل 1- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت و نوع زیتوده بر ظرفیت تبادل کاتیونی زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 1. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on the cation exchange capacity (CEC) of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

بررسی تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر نیتروژن کل زغال‌های ‌زیستی

نتایج مقایسه میانگین (شکل 2) نشان داد که تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر نیتروژن کل زغال‌های‌ زیستی حاصل از زیتوده‌های مختلف اثر معنی‌داری داشت (P>0/05)، همچنین نتایج مقایسه میانگین نشان می‌دهد که بین میانگین درصد نیتروژن کل زغال‌های‌زیستی تولید شده از زیتوده‌های مختلف در دماهای 300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد اختلاف معنی‎دار آماری وجود دارد (P>0/05). بیشترین میزان نیتروژن کل (03/16 درصد) در زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای یونجه در دمای 500 درجه سانتی‌گراد و کمترین میزان نیتروژن کل (21/3 درصد) در زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای سیب زمینی در دمای 300 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد (شکل 2). افزایش میزان نیتروژن کل زغال‌های‌زیستی می‌تواند به دلیل افزایش ترکیبات فرار حاوی هیدروژن و اکسیژن موجود در زغال‌زیستی باشد. تغییرات نیتروژن کل زغال‌های‌زیستی تحت تأثیر ماده اولیه آن‌ها است هر چقدر در ماده اولیه همی‌سلولز و لیگنین بیشتر باشد، دارای نیتروژن کل پایینی می‌باشند. این یافته‌ها با نتایج وانگ و همکاران (30)، سان و همکاران (7) و سان و همکاران (31) که گزارش کردند، زغال‌های‌زیستی تولید شده از زیتوده‌های چوبی به دلیل وجود مقادیر بالای همی‌سلولز و لیگنین دارای نیتروژن کل پایینی هستند و تغییرات نیتروژن تحت تأثیر زیتوده اولیه می‌باشد، مطابقت دارد. با افزایش دمای پیرولیز مقدار N در بیوچار هرس سیب و بیوچارهرس انگور، افزایش یافت (12) اما در بیوچار کاه و کلش گندم مقدارN  با افزایش دما کاهش نشان داد.  هرچند بسیاری از محققان گزارش کردند که افزایش دما پیرولیز منجر به کاهش محتوای N می­شود (9و 32).

شکل 2- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت و نوع زیتوده بر نیتروژن کل زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 2. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on the total nitrogen of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

بررسی تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر درصد کربن آلی زغال‌های ‌زیستی

نتایج مقایسه میانگین (شکل 3) نشانگر اختلاف معنی‌داری (P>0/01) در میانگین درصد کربن آلی به طوری که با افزایش دمای فرآیند گرماکافت از 300 درجه تا 500 درجه سانتی‌گراد درصد کربن آلی زغال‌های‌زیستی تولیدشده از زیتوده‌های مختلف به صورت خطی افزایش می‌یابد. نتایج مقایسه میانگین نشان داد که میانگین درصد کربن آلی زغال‌های‌زیستی تولیده شده از زیتوده‌های مختلف در هر سه دمای 300، 400 و 500 درجه سانتی‌گراد دارای اختلاف معنی‌دار آماری (P>0/01) می‌باشند و بیشترین (70/67 درصد) و کمترین (96/38 درصد) کربن آلی به ترتیب مربوط به زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده لیف درخت خرمای در دمای 500 درجه سانتی گراد و زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای یونجه در دمای 300 درجه سانتی‌گراد بود (شکل 3).

این نتایج با یافته‌های سان و همکاران (21) مطابقت دارد، آنان دریافتند که گروه های عاملی C-H خطی، C-O-خطی (اسیدهای کربوکسیلیک) و C=O (کربونیل) موجود در سطح زغال زیستی حاصل از ساقه‌ی برنج در دمای پایین ( 300 درجه سانتی‌گراد)، با افزایش دما به 700 درجه سانتی‌گراد کاملاً از بین رفته ولی ترکیبات حلقوی کربن در نمونه باقی می‌ماند. تغییرات درصد کربن آلی زغال‌های‌زیستی بستگی نوع ماده اولیه زیتوده دارد و افزایش درصد کربن آلی در دمای 500 درجه سانتی‎گراد را می‌توان به خروج مواد فرار و ترکیبات تجزیه‌ناپذیر نسبت داد که طی آن مقدار هیدروژن و اکسیژن زغال‌زیستی کاهش و میزان کربن آلی افزایش می‌یابد که با نتایج ترابیان و همکاران (33)، فرهادی و همکاران (28) و اوچیمییا و اوهنو (29) همسو می‌باشد. تخریب ساختارهای سلولزی و لیگنینی زیتوده اولیه در اثر حرارت می‌تواند منجر به کاهش گروه‌های عاملی قطبی مانند C-H₂ ، C-O و C=O و نیز افزایش ساختارهای حلقوی کربن در زغال زیستی شود(9).

شکل 3- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت و نوع زیتوده بر کربن آلی زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 3. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on the Organic carbon of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

بررسی تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر درصد تخلخل زغال‌های ‌زیستی

نتایج مقایسه میانگین (شکل 4) نشان داد که با افزایش تدریجی دمای فرآیند گرماکافت از300 به 500 درجه سانتی‌گراد میانگین درصد تخلخل زغال‌های‌زیستی تولیدشده از زیتوده‌های مختلف به طور معنی‌داری (P>0/01) افزایش یافت و زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای سیب زمینی در دمای 500 درجه سانتی‌گراد با 33/86 درصد دارای بیشترین و زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای یونجه در دمای 300 درجه سانتی‌گراد با 33/41 درصد دارای کمترین درصد تخلخل می‌باشند، همچنین نتایج مقایسه میانگین (شکل 4) نشان می‌دهد که افزایش دمای فرآیند گرماکافت از 400 به 500 درجه سانتی‌گراد اختلاف معنی‌دار (P>0/01) آماری در درصد تخلخل زغال‌زیستی تولید شده زیتوده لیف درخت خرما نشده است. احتمالا زغال زیستی تولید شده از بقایای سیب زمینی به دلیل ماهیت و ساختار منفذ گونه مواد اولیه و تسریع فرآیند تبخیر ترکیبات آلی در دمای 500 درجه سانتی‌گراد که منجر به تغییرات شدید در شرایط منافذ زغال زیستی و تشکیل منافذ بیشتر و در نتیجه سبب افزایش تخلخل می‌شود.

دلیل افزایش مقدار تخلخل زیتوده اولیه در طی افزایش دمای گرماکافت و تبدیل آن‌ها به زغال زیستی می تواند ناشی از تغییرات ایجادشده در ماهیت مواد در طی فرآیند گرماکافت باشد. خان‌محمدی و همکاران (6) گزارش دادند که فرآیند آهسته گرماکافت ضمن اینکه تا حدی موجب جداسازی و تبخیر مواد سبک‌تر از زیتوده اولیه می‌شود نیز موجب تبدیل و تغییر در نظم کربن در ساختار زغال‌زیستی می‌شود و تغییرات ایجاد شده طی فرآیند گرماکافت بستگی به ماهیت مواد اولیه دارد. کان و پیگناتلو (34) و وانگ و همکاران (8) بیان کردند درصد تخلخل زغال زیستی در اثر افزایش تدریجی دمای فرآیند گرماکافت روند افزایشی دارد.

شکل 4- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت و نوع زیتوده بر تخلخل زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 4. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on Porosity of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

بررسی تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر چگالی ظاهری زغال‌های ‌زیستی

با توجه به نتایج مقایسه میانگین (شکل 5) چگالی ظاهری زغال‌های زیستی تولید شده از زیتوده‌های مختلف با افزایش دما فرآیند گرماکافت به طور معنی‌داری (P>0/01) کاهش یافت، همچنین افزایش دمای فرآیند گرماکافت بر زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای گندم اثر معنی‌دار آماری نداشت و افزایش دمای فرآیند گرماکافت از 400 به 500 درجه سانتی گراد سبب کاهش معنی‌داری در چگالی ظاهری زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای سیب زمینی نشد (P>0/01). بیشترین مقدار چگالی ظاهری (53/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب) مربوط به زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای یونجه در دمای 300 درجه سانتی‌گراد و کمترین مقدار چگالی ظاهری (16/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب) مربوط به زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده بقایای سیب زمینی در دمای 500 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. تفاوت مشاهده شده در چگالی ظاهری زغال‌های‌زیستی تولید شده به ماهیت زیتوده اولیه و فرآیند گرماکافت بر می‌گردد و احتمالا دمای بالا سبب سست‌شدن و شکسته‌شدن پیوندها در زیتوده شده و تراکم بافت کاهش می‌دهد.

هوانگ (35) گزارش داد چگاالی ظااهری خاک مزرعه حدود 4/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد که زغال‌زیستی کاه و کلش می‎تواند با کاهش چگالی ظااهری باعث اصلاح آن شود نیز چگالی ظاهری زغال‌زیستی به ماهیت ماده اولیه و فرآیند پیرولیز بستگی دارد همچنین چگالی ظاهری یکی از ویژگی‌های فیزیکی مهم زغال‌زیستی می‌باشد. هوم و همکاران (36) بیان کردند که چگالی ظاهری زغال‌زیستی تولید شده از چوب در کوره‌های سنتی دامنه‌ای بین 43/0 - 3/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب دارد که نسبت به ماده خام کاهش داشته ولی هیچ روند مشخصی را با افزایش دما نشان نداد. سان و همکاران (7) گزارش کردند که چگالی ظاهری بیوچارهای تولید شده در دماهای 300، 350، 400، 450 و 500 درجه سلسیوس به ترتیب 31/0، 32/0، 32/0، 32/0 و 32/0 گرم بر سانتی متر مکعب گزارش شده بود که روند افزایشی چگالی ظاهری با افزایش دمای پیرولیز با نتایج تحقیق حاضر همخوانی داشت.

شکل 5- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت در نوع زیتوده بر چگالی ظاهری زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 5. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on the bulk density of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

بررسی تغییرات دمای فرآیند گرماکافت بر عملکرد خاکستر زغال‌های ‌زیستی

نتایج مقایسه میانگین (شکل6) نشانگر آن است که مقدار خاکستر زغال‌های‌زیستی تولیدشده از زیتوده‎های بقایای گندم، خاک اره و بقایای سیب زمینی با افزایش دما فرآیند گرماکافت به طور معنی‌داری (P>0/01) افزایش یافتند همچنین نتایج مقایسه میانگین نشان داد که افزایش دمای گرماکافت بر زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده لیف درخت خرما و بقایای یونجه اثر معنی‌دار آماری نداشت و افزایش دما از 400 به 500 درجه سانتی‌گراد بر زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده خاک اره باعث تفاوت معنی‌دار آماری شد (P>0/01). کمترین مقدار عملکرد خاکستر (43/1­درصد) در دمای 300 درجه سانتی‌گراد و بیشترین مقدار عملکرد خاکستر (13/48 درصد) در دمای 500 درجه سانتی‌گراد به ترتیب مربوط به زغال‌زیستی تولید شده از زیتوده لیف درخت خرما و بقایای گندم بود.

افزایش مقادیر خاکستر زغال‌های‌زیستی در دماهای بالا می‌تواند به علت دهیدراسیون گروه‌های هیدروکسیل و تجزیه حرارتی ساختارهای لیگنین و سلولز می‌باشد. لیانگ و همکاران (15) بیان کردند در دماهای بالاتر از 200 درجه سانتی‌گراد، مواد آلی تحت تجزیه حرارتی قرار گرفته و پیوندهای شیمیایی رطوبت خود را از دست می‌دهند. افزایش درصد خاکستر در زغال‌زیستی چوب درخت کاج در دمای بین 300 تا500 درجه سلسیوس توسط وانگ و همکاران (25) گزارش شده است. همچنین افزایش مقدار خاکستر با افزایش دما در شلتوک برنج و کود مرغی گزارش شده است (37، 38). افزایش مقدار خاکستر زغال‌زیستی با افزایش درجه حرارت به دلیل افزایش تدریجی غلظت مواد معدنی و تخریب حرارتی مواد لیگنوسلولزی می‌باشد (39، 40). به‌طور کلی مقدار درصد خاکستر در بیوچارها، بستگی به نوع ترکیبات تشکیل دهنده آن دارد و هرچه ترکیباتی که قابلیت سوخت و معدنی شدن ندارند در مواد استفاده شده برای تولید بیوچار بیشترباشد (مانند ترکیبات سیلیکاتی (40)، درصد بیشتری از آن ماده به صورت خاکستر باقی می ماند (7، 42).

شکل 6- مقایسه میانگین اثر متقابل دمای گرماکافت در نوع زیتوده بر عملکرد خاکستر زغال‌های زیستی

در هر ستون، حروف مشابه نمایانگر عدم اختلاف معنی‌داری در سطح احتمال 5 درصد می‌باشد.

Figure 6. Mean comparisons of interaction effect of different Pyrolysis and type of biomass on the ash yeild

 of biochar in each column, numbers followed by the same letter are not significantly different (P<0.05)

نتیجه‌گیری کلی

در فرآیند تولید زغال زیستی، نوع زیتوده و دمای فرآیند گرماکافت تأثیر به‌سزایی بر برخی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی زغال زیستی داشتند. با افزایش دمای فرآیند گرماکافت از 300 به 500 درجه سانتی‌گراد مقدار عملکرد زغال زیستی، ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) و چگالی ظاهری کاهش یافت ولی اسیدیته (pH)، قابلیت هدایت الکتریکی (EC)، چگالی ظاهری، چگالی حقیقی، کربن پایدار، نیتروژن کل، تخلخل، سطح ویژه، عملکرد و مقدار خاکستر در زغال زیستی‌های تولید شده افزایش نشان داد. زغال زیستی‌های تولیده شده در دماهای بالا، مقدار بیشتری از کربن و مقدار کمتری عملکرد را داشتند. براساس نتایج و با در نظر گرفتن جنبه‌های مثبت تثبیت کربن و افزایش ماده آلی خاک و نیز عملکرد زغال زیستی در تولید انبوه و اقتصادی این ماده، می‌توان به ترتیب اولویت زغال‌های زیستی حاصل از بقایای یونجه، خاک اره، لیف خرما، بقایای سیب زمینی و بقایای گندم را جهت بهبود خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک و در نهایت افزایش راندمان جذب عناصر غذایی از خاک، پیشنهاد کرد همچنین زغال زیستی حاصل از بقایای یونجه در دمای 500 درجه سانتی‌گراد  به عنوان بهترین زغال زیستی قابل دسترس توصیه می‌شود ولی تعیین کاربرد زغال‌های زیستی حاصل از زیتوده‌های مورد مطالعه در دمای بالاتر از 500 درجه سانتی‌گراد، نیاز به بررسی بیشتر دارد.

References

1. Ahmad Yousefi, M., Kamkar, B., Amiri Nezhad, M. and Gharekhloo, J. 2019. Assessment of the effect of different chemical fertilizers, biochar and Trichoderma fungi treatments at mother plant on germination and other hybrid corn KSC 704 seed germination components in maternal growth under accelerated aging test. Iranian Journal of Seed Science and Research, 6(1): 133-144. (Journal of Seed Science and Resarch). (In Persian)
2. Hooker, M., Herron, G., and Pena, P. (1982) Effects of residue burring removal, and incorporation on irrigated cereal crop yields and chemical properties. Soil Sci. 46: 122-126.
3. Yousefi, M., Shariatmadari, H., and Hajabasi, M.A. 2007. Measurement of some of available organic carbon stocks as an indicator of soil quality. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources. 42(11): 429-439. (In Persian)
4. Lehmann, J. 2007. Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment, 5: 381–387.
5. Schultz, H. and Bruno, G. 2012. Effects of biochar compared to organic and inorganic fertilizers on soil quality and plant growth in a greenhouse experiment. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 175: 410–422.
6. Khanmohammadi, Z., Afyuni, M., and Mosaddeghi, M.R. 2015. Effect of pyrolysis temperature on chemical and physical properties of sewage sludge biochar. Waste Management and Research, 33(3):275-283.
7. Sun, J., Norouzi, O. and Mašek, O., 2021. A state-of-the-art review on algae pyrolysis for bioenergy and biochar production. Bioresource technology, p.126258.
8. Wang, Y., Ma, X., Saleem, M., Yang, Y., & Zhang, Q. (2021). Effects of corn stalk biochar and pyrolysis temperature on wheat seedlings growth and soil properties stressed by herbicide sulfentrazone. Environmental Technology & Innovation, 102208.
9. Berslin, D., Reshmi, A., Sivaprakash, B., Rajamohan, N. and Kumar, P.S., 2021. Remediation of emerging metal pollutants using environment friendly biochar-Review on applications and mechanism. Chemosphere, p.133384.
10. Bremner, J.M., and Mulvaney, C.S., 1982. Nitrogen—total. In: Black, C.A.(ed.). Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties, The American Society of Agronomy. pp: 595-624.
11. Chan, K., and Xu, Z. (2009) Biochar: Nutrient Properties and Their Enhancement, in: J. Lehmann, S. Joseph: Biochar for Environmental Management. Science and Technology. Earthscan, London, UK. pp: 67–84.
12. Guo, Y., and Rockstraw, A. D. (2007). Physicochemical properties of carbons prepared from pecan shell by phosphoric acid activation. Bioresource Tech. 98(8): 1513‐
13. Claoston, A.W., Samsuri, M.H., Ahmad Husni, M.S. and Mohd, A. (2014). Effects of pyrolysis temperature on the physicochemical properties of empty fruit bunch and rice husk biochars. Waste Management & Research. Vol. 32(4): 331–339.
14. Glaser, B., Lehmann, J. and Zech, W. (2002). Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal: A review. Biol Fertil Soils. 35: 219–230.
15. Liang, B., Lehmann, J., Solomon, D., Kinyangi, J., Grossman, J., O'Neill, B., Skjemstad, J.O., Thies, J., Luizão F.J., Petersen, J., and Neves, E.G. 2006. Black carbon increases cation exchange capacity in soils. Soil Science Society of America Journal, 70(5): 1719–1730.
16. 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.
17. Inal, A., Gunes, A., Sahin, O., Taskin, M.B., and Kaya, E.C. 2015. Impacts of biochar and processed poultry manure, applied to a calcareous soil, on the growth of bean and maize. Soil Use Management, 31: 106–113.
18. Gaskin JC, Steiner. 2008. Effect of low-temperature pyrolysis conditions on biochar for agricultural use. Trans. Asabe, 51(6): 2061-2069.
19. Sohi, S.P., Krull, E., Lopez-Capel, E., and Bol, R. 2010. A review of biochar and its use and function in soil. Advances in Agronomy, 105: 47-82.
20. Singh, B., Mei Dolk, M., Shen, Q., and Camps-Arbestain, M. 2017. Biochar pH, electrical conductivity and liming potential. In: Biochar: A Guide to Analytical Methods, Chapter 3, Singh, B., Camps-Arbestain, M., and Lehmann J., (Eds.). Publisher CSIRO, PP. 23-38.
21. 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.
22. Flint, A.L., and Flint, L.E. 2002. Particle density. In: Dane, J.H. and Topp, G.C. (Eds.), Methods of soil Analysis- Part 4. Physical Methods- ASA and SSSA Book Series No. 5. Soil Sci, Madison, PP. 299-240.
23. Blake, G.R., and Hartge, K.H. 1986. Particle density. In: Klute, A. (ed). Methods of soil Analysis- Part 1. Physical and Mineralogical Methods. 2nd Ed. Agron. Monogr, 9. ASA and SSSA, Madison, WI. PP. 377-382.
24. Herbert, L., Hosek, I., and Kripalani, R. (2012). The characterization and comparison of Biochar produced from a decentralized reactor using forced air and natural draft Pyrolysis. California Polytechnic State University, San Luis Obispo. Materials Engineering Department.24-26.
25. Wang, T, Camps-Arbestain M, Hedley M, Bishop P. 2012. Predicting phosphorus bioavailability from highash biochars. Plant and Soil, 357, 173-187.
26. Singh, B., Singh B. P., and Cowie, A. L. (2010). Characterisation and evaluation of biochars for their applications a soil amendment, Aust. Soil Res. 39: 1224-1235.
27. Asif Naeem, M., Khalid, M., Arshad, M., and Ahmad, R. (2014). Yield and nutrient composition of bichar produced from different feedstocks at varying pyrolytic temperatures. Pak. J. Agri. Soil sci.Vol. 51(1): 75-82.
28. Farhadi, E., Reyhanitabar, A., and Oustan, Sh. 2018. Impact of pyrolysis temperature and feedstock sources on physiochemical characteristics of biochar. Testis Master of Science Degree in Soil Science Soil Chrmistry and Fertility. Department of Soil Science, university of Tabriz.
29. Uchimiya, T., and Ohno, Z.He. 2013. Pyrolysis temperature dependent release of dissolved organic carbon from plant, manure, and biorefinery wastes. J. Anal. Appl. Pyrolysis. 104: 1. 84-94.
30. Wang, Y., Hu, Y., Zhao, X., Wang, S., and Xing, G. 2013. Comparisons of biochar properties from wood material and crop residues at different temperatures and residence time. Energy and Fuels, 27: 10. 5890-5899.
31. Sun, E.W., Bruun, E., Arthur, L.W., Jonge, P., Moldrup, H., Nielsen, H., and Elsgaard, L. 2014. Effect of biochar on aerobic processes, enzyme activity, and crop yields in two sandy loam soils. Biology and Fertility of Soils. 50: 7. 1087-1097.
32. Tsai W.T., Liu S.C., Chen H.R., et al. 2012. Textural and chemical properties of swine-manure-derived biochar pertinent to its potential use as a soil amendment. Chemosphere, 89: 198–203.
33. Torabian, Sh., Farhangi-Abriz, S., and Rathjen, J. 2018. Biochar and lignite affect H+-ATPase and H+-PPase activities in root tonoplast and nutrient contents of mung bean under salt stress Plant Physiology and Biochemistry, 129:1.141-149.
34. Laird, D.A., Fleming, P., Davis, D.D., Horton, R., Wang, B., and Karlen, D.L. 2010. Impact of biochar amendments on the quality of a typical Midwestern agricultural soil. Geoderma, 158(3): 443–449.
35. Hwang I, Ouchi Y, Matsuto T. 2007. Characteristics of leachate from pyrolysis residue of sewage sludge. Chemosphere, 68 (10): 1913-1919.
36. Horne PA, and Williams PT.1996. Influence of temperature on the products from the flash pyrolysis of biomass. Fuel, 75(9): 1051-1059.
37. Yuan, J. H., Xu, R. K., and Zhang, H. 2010. The forms of alkalis in thebiochar produced from crop residues at different temperatures. Bioresource Technol. 102: 3488–3497.
38. 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.
39. Demirbaş A. 2001. Biomass resource facilities and biomass conversion processing for fuels and chemicals. Energy Conversion and Management, 42(11): 1357-1378.
40. 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 pp. 130-133.
41. Kwon, S. and Pignatello, J.J. 2005. Effect of natural organic substances on the surface and adsorptive properties of environmental black carbon (char): pseudo pore blockage by model lipid components and its implications for N2-probed surface properties of natural sorbents. Environmental Science and Technology. 39(20):7932-7939.
42. Sun, K., Ro, K., Guo, M.X., Novak, J., Mashayekhi, H. (2011) Sorption of bisphenol A, 17a–ethinylestradiol and phenanthrene on thermally and hydrothermally produced biochars. Bioresour Technol. 102:5757–5763.

1- استادیار گروه شیمی دانشکده علوم پایه، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

2- پژوهشیار دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران. ^*(مسوول مکاتبات)

3- استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

4- استادیار گروه شیمی دانشکده علوم پایه، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

5- دانش‌آموخته کارشناسی ارشد شیمی دارویی از دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان، کرمان، ایران.

6- دانش‌آموخته دکتری فیزیولوژی گیاهان زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

1- Assistant Professor of Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Jiroft, Jiroft, Iran.

2- Researcher, University of Jiroft, Jiroft, Iran. *(Corresponding Author)

3- Assistant Professor of Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Jiroft, Jiroft, Iran.

4- Associate Professor of Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Jiroft, Jiroft, Iran.

5- M.S Graduated in pharmaceutical chemistry from Kerman University of Advanced Industrial and Technological Education, Kerman, Iran.

6- Ph. D Graduate in Crop Physiology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.