
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 623 |
تعداد مقالات | 6,502 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,646,050 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,246,144 |
سینتیک رهاسازی فسفر از کمپوزیتهای فسفردار بر پایه بیوچار- اکسید/هیدروکسید آهن در محیط آبی | ||
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار | ||
مقاله 1، دوره 14، شماره 3، مهر 1403، صفحه 1-26 اصل مقاله (1003.04 K) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/ejsms.2024.22151.2136 | ||
نویسندگان | ||
سیده پریسا خسروی* 1؛ احمد گلچین2؛ محمد بابااکبری3؛ حبیب رمضان زاده4 | ||
1دانشجوی دکتری ، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان | ||
2استاد، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. | ||
3استادیار، گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران. | ||
4محقق، مرکز تحقیقات آب و خاک، تبریز، ایران | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: بیشتر تحقیقات انجام شده روی کمپوزیتهای بیوچار- اکسید/هیدروکسیدآهن (BC-FeOX) بر حذف فسفر از محیطهای آلوده متمرکز بوده است. درحالیکه با بررسی سینتیک رهاسازی فسفر بارگذاری شده روی کمپوزیتهای بیوچار- اکسید/هیدروکسیدآهن، میتوان آنرا به عنوان یک کود کندرها در خاکهای آهکی مورد مطالعه قرار داد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی سنتیک رها سازی فسفر از کمپوزیتهای فسفردار بر پایه بیوچار- اکسید/هیدروکسیدآهن و نیز بررسی مدلهای مختلف رهاسازی فسفر در محیط آبی انجام شد. مواد و روشها: این آزمایش به منظور بررسی سنتیک رهاسازی فسفر در طول زمان از کمپوزیتهای فسفردار بر پایه بیوچار- اکسید/هیدروکسید آهن در محیط آبی به صورت طرح فاکتوریل- اسپلیت پلات انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل دو نوع بیوچار (بقایای کلش گندم و پوست گردو) در دمای پیرولیز 350 درجه سلسیوس، چهار نوع اکسید/هیدرواکسیدآهن (گئوتایت، هماتیت، فری-هیدارت و مگنتایت)، چهار سطح فسفر (0، 5، 10 و 20 درصد وزنی) از منبع سوپر فسفات تریپل (TSP) و دو روش ساخت کمپوزیت (فرم پوششی و فرم گرانوله) بود. در روش گرانول سازی مخلوط پودر شده از TSP و BC-FeOX به عنوان هسته گرانول سازی تا تشکیل هستههای گرانول به قطر 5/3-4 میلیمتر استفاده شد. در روش پوششی، تا زمان تشکیل گرانولهای به قطر حدود 8/2 تا 3/3 میلی-متر تنها از پودر TSP استفاده شد و در ادامه از پودر BC-FeOX برای پوشش استفاده شد. سینتیک رهاسازی فسفر در زمانهای 25/0، 5/0، 1، 6، 12، 24، 48، 72، 120 و 240 ساعت با رسم تغییرات غلظت فسفر در مقابل زمان به دست آمد. یافتهها: نتایج نشان داد که سرعت رهاسازی فسفر از کمپوزیت های کودی فسفردار برپایه بیوچار-اکسید/هیدروکسید آهن در طی زمان در ابتدای آزمایش نسبت به طول دوره آزمایش بیشتر بود. در تیمارهای دارای بیوچار کلش گندم، درصد آزاد سازی فسفر نسبت به تیمارهای حاوی بیوچار پوست گردو 8/3 درصد کمتر بود. با افزایش سطح فسفر کمپوزیتهای کودی درصد فسفر بیشتری آزادسازی گردید به طوریکه میانگین درصد فسفر آزادسازی شده از کمپوزیتهای کودی حاوی سطوح فسفر0، 5، 10، و 20 درصد در زمان 1 ساعت بعد از شروع آزمایش به ترتیب 1/2، 2/9، 3/15، 4/18 درصد بود. ترتیب رهاسازی فسفر در طول آزمایش در تیمارهای حاوی اکسید/هیدروکسیدهای آهن به صورت، مگنتایت> هماتیت> فری هیدرات > گئوتیت بود به طوریکه بعد از 24 ساعت از شروع آزمایش درصد رهاسازی فسفر برای مگنتایت، هماتیت، فری هیدرات و گئوتیت در فرم گرانوله به ترتیب 8/75، 8/73، 6/67 و 9/65 درصد و برای فرم پوششی 9/45، 8/38، 3/36 و 7/36 درصد بود. در واقع درصد رهاسازی فسفر در کمپوزیتهای فرم پوششی نسبت به کمپوزیتهای فرم گرانوله از زمان شروع آزمایش تا 24 ساعت به طور معنیداری بیشتر بود ولی بعد از این زمان اختلاف معنیداری با هم نداشتند. برازش مدلهای سینتیک مختلف نشان داد که بهترین مدل برای رهاسازی فسفر از کمپوزیتهای فسفردار پایه بیوچار-اکسید/هیدروکسیدآهن معادله شبه مرتبه اول غیر خطی (r2=0.99) بود. با این حال دو مدل پخشیدگی پارابولیک (r2=0.94) و معادله الوویچ (r2=0.97) نیز برازش بسیار خوبی برای رهاسازی فسفر از کمپوزیتها نشان دادند. به طوریکه ترتیب بهترین مدلهای برازش شده برای رهاسازی فسفر از کمپوزیتها به صورت، معادله شبه مرتبه اول غیر خطی> معادله الوویچ > معادله پخشیدگی پارابولیک> معادله خطی بود. نتیجهگیری: در یک نتیجه گیری کلی میتوان عنوان نمود که نقش منحصر به فرد بیوچار مهندسی شده توسط اکسید/هیدروکسیدهای آهن جایگاهی را برای حمل فسفر به عنوان یک عنصر غذایی ضروری برای رشد و نمو گیاهان به منظور بهبود کارایی استفاده از کود را می-تواند فراهم کند و برای کاربرد عملی در زمینهای کشاورزی نیازمند انجام کارهای میدانی و تکمیلی بیشتر و نیز ارزیابی بلند مدت استفاده از یک چنین کودهای در محیط رشد گیاهان میباشد. | ||
کلیدواژهها | ||
بیوچار مهندسی شده؛ فرم پوششی و گرانوله؛ کود کندرها؛ مدلهای رهاسازی فسفر | ||
مراجع | ||
1.Fan, B., Wang, J., Fenton, O., Daly, K., Ezzati, G., & Chen, Q. (2019). Strategic differences in phosphorus stabilization by alum and dolomite amendments in calcareous and red soils. Environmental Science and Pollution Research. 26 (5), 4842-4854. https://doi.org/10. 1007/s11356-018-3968-9. 2.Lehmann, J., & Josep, S. (2015). Biochar for Environmental Management: Science, Technology and Implementation, 2 ed.: Routledge. London. 944 p.
3.Woolf, D., Amonette, J. E., Street-Perrott, F. A., Lehmann, J., & Joseph, S. (2010). Sustainable biochar to mitigate global climate change. Nature Communications, 1, 1-9. https://doi.org/10.1038/ncomms 1053.
4.UN. (2015). Transforming our world: The 2030 Agenda for Sustainable Development. UN. 5.Hou, D., O’Connor, D., Igalavithana, A. D., Alessi, D. S., Luo, J., Tsang, D. C. W., Sparks, D. L., Yamauchi, Y., Rinklebe, J., & Ok, Y. S. (2020b). Metal contamination and bioremediation of agricultural soils for food safety and sustainability. Nature Reviews Earth & Environment, 1, 366-381. https://doi.org/ 10.1038/s43017-020-0061-y. 6.Chen, L., Chen, X. L., Zhou, C. H., Yang, H. M., Ji, S. F., Tong, D. S., Zhong, Z. K., Yu, W. H., & Chu, M. Q. (2017). Environmental friendly montmorillonite-biochar composites: Facile production and tunable adsorption-release of ammonium a phosphate. Journal of Cleaner Production, 156, 648-659. https:// doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.04.050. 7.Hu, P., Zhang, Y., Liu, L., Wang, X., Luan, X., Ma, X., Chu, P. K., Zhou, J., & Zhao, P. (2019). Biochar/struvite composite as a novel potential material for slow release of N and P. Environmental Science and Pollution Research, 26, 17152-17162. https:// doi.org/10.1007/s11356-019-04458-x. 8.Wang, L., Ok, Y. S., Tsang, D. C. W., Alessi, D. S., Rinklebe, J., Mašek, O., Bolan, N. S., & Hou, D. (2021). Biochar composites: Emerging trends, field successes and sustainability implications. Soil Use and Management, 38, 14-38. https://doi.org/10.1111/sum.12731.
9.Alam, M. S., Bishop, B., Chen, N., Safari, S., Warter, V., Byrne, J. M., Warchola, T., Kappler, A., Konhauser, K. O., & Alessi, D. S. (2020). Reusable magnetite nanoparticles–biochar composites for the efficient removal of chromate from water. Scientific Reports, 10, 19007. https:// doi.org/10.1038/s41598-020-75924-7.
10.Chen, X., Dai, Y., Fan, J., Xu, X., & Cao, X. (2020). Application of iron-biochar composite in topsoil for simultaneous remediation of chromium-contaminated soil and groundwater: Immobilization mechanism and long-term stability. Journal of Hazardous Materials, 405, 124226. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2020.124226.
11.Diao, Z. H., Zhang, W. X., Liang, J. Y., Huang, S. T., Dong, F. X., Yan, L., Qian, W., & Chu, W. (2020). Removal of herbicide atrazine by a novel biochar based iron composite coupling with peroxy-monosulfate process from soil: Synergistic effect and mechanism. Chemical Engineering Journal, 409, 127684. https://doi.org/10.1016/ j.cej.2020.127684. 12.Park, J. H., Wang, J.J., Xiao, R., Tafti, N., DeLaune, R. D., & Seo, D. C. (2018). Degradation of orange G by Fenton-like reaction with Fe-impregnated biochar catalyst. Bioresource Technology, 249, 368-376. https://doi.org/10.1016/ j.biortech.2017.10.030.
13.Qin, Y., Wu, X., Huang, Q., Beiyuan, J., Wang, J., Liu, J., Yuan, W., Nie, C., & Wang, H. (2023). Phosphate removal mechanisms in aqueous solutions by three different Fe-modified biochars. International Journal of Environmental Research and Public Health. 20 (1), 326. https://doi.org/10.3390/ijerph 20010326.
14.Oua, W., Lan, X., Guo, J., Caic, A., Liu, P., Liu, N., Liu, Y., & Lei, Y. (2023). Preparation of iron/calcium-modified biochar for phosphate removal from industrial wastewater. Journal of Cleaner Production. https://doi.org/10.1016/j. jclepro.2022.135468.
15.Kong, D., & Wilson, L. D. (2017). Synthesis and characterization of cellulose-goethite composites and their adsorption properties with roxarsone. Carbohydrate Polymers. 169, 282-294. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.04.019.
16.Schwertmann, U., & Cornell, R. M. (2000). Iron oxides in the laboratory: preparation and characterization. Clay Minerals. 27, 393-393. https://doi.org/ 10.1016/0010-938x(92)90174-2.
17.Adra, A., Morin, G., Ona-Nguema, G., Menguy, N., Maillot, F., Casiot, C., Bruneel, O., Lebrun, S., Juillot, F., & Brest, J. (2013) Arsenic scavenging by aluminum-substituted ferrihydrites in a circumneutral pH river impacted by acid mine drainage. Environmental Science & Technology. 47, 12784-12792. https://doi.org/10.1021/es4020234.
18.Kyzas, G. Z., Deliyanni, E. A., & Lazaridis, N. K. (2014). Magnetic modification of microporous carbon for dye adsorption. Journal of Colloid and Interface Science. 430, 166-173. https:// doi.org/10.1016/j.jcis.2014.05.049.
19.Pogorzelski, D., Filho, J. F. L., Matias, P. C., Santos, W. O., Vergütz, L., & Melo, L. C. A. (2020). Biochar as composite of phosphate fertilizer: Characterization and agronomic effectiveness. Science of the Total Environment. 743, 140604. https://doi. org/10.1016/j.scitotenv.2020.140604.
20.Reyhanitabar, A., Farhadi, E., Ramezanzadeh, H., & Oustan, S. H. (2020). Effect of pyrolysis temperature and feedstock sources on physicochemical characteristics of biochar. Journal of Agricultural Science and Technology. 22 (2), 547-561. https:// civilica.com/ doc/ 1817061. [In Persian] 21.Murphy, J., & Riley, J. P. (1962). A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Analytica Chimica Acta. 27(C), 31-36. https://doi.org/ 10.1016/ S0003-2670(00)88444-5. 22.Enders, A., & Lehmann, J. (2012). Comparison of wet-digestion and dry-ashing methods for total elemental analysis of biochar002Eaq Communications in Soil Science and Plant Analysis. 43(7), 1042-1052. https://doi.org/10. 1080/00103624.2012.656167.
23.Liang, Y., Cao, X., Zhao, L., Xu, X., & Harris, W. (2014). Phosphorus release from dairy manure, the manure-derived biochar, and their amended soil: effects of phosphorus nature and soil property. Journal of Environmental Quality. 43(4), 1504. https://doi.org/10.2134/ jeq2014.01.0021. 24.Jalali, M., Ahmadi, N., & Zinli, M. (2011). Kinetics of phosphorus release from calcareous soils under different land use in Iran. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 174 (1), 38-46. https://doi.org/10.1002/jpln.200900108.
25.Lin, J., & Wang L. (2009). Comparison between linear and non-linear forms of pseudo-first-order and pseudo-second-order adsorption kinetic models for the removal of methylene blue by activated carbon. Frontiers of Environmental Science & Engineering. 3(3), 320-324. https://doi.org/10.1007/s11783-009-00 30-7.
26.Peng, Y., Chen, Q., Guan, C. Y., Yang, X., Jiang, X., Wei, M., Tan, J., & Li, X. (2023). Metal oxide modified biochars for fertile soil management: Effects on soil phosphorus transformation, enzyme activity, microbe community, and plant growth. Environmental Research. 231, 116258. https://doi.org/10.1016/ j.envres.2023.116258. 27.Peng, Y., Zhang, B., Guan, C. Y., Jiang, X., Tan, J., & Li, X. (2022). Identifying biotic and abiotic processes of reversing biochar-induced soil phosphorus leaching through biochar modification with MgAl layered (hydr) oxides. Science of the Total Environment. 843, 157037. https://doi.org/10.1016/ j.scitotenv.2022.157037. 28.Wu, L., Zhang, S., Wang, J., & Ding, X. (2020). Phosphorus retention using iron (II/III) modified biochar in saline-alkaline soils: Adsorption, column and field tests. Environmental Pollution. 261, 114223. https://doi.org/10.1016/ j.envpol.2020.114223.
29.Wang, J., Li, F., Wang, M., Wang, H., Elgarhy, A. H., Liu, G., Zhang, L., & Hu, R. (2022). The effect of iron oxide types on the photochemical transformation of organic phosphorus in water. Chemosphere. 307, 135900. https:// doi.org/ 10.1016/ j.chemosphere. 2022. 135900.
30.An, X., Yu, J., Yu, J., Tahmasebi, A., Wu, Z., Liu, X., & Yu, B. (2020). Copyrolysis of Biomass, Bentonite, and Nutrients as a New Strategy for the Synthesis of Improved Biochar-Based Slow-Release Fertilizers. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 8(8), 3181-3190. https://doi.org/10. 1021/acssuschemeng.9b06483.
31.An, X., Wu, Z., Shi, W., Qi, H., Zhang, L., Xu, X., & Yu, B. (2021). Biochar for simultaneously enhancing the slow-release performance of fertilizers and minimizing the pollution of pesticides. Journal of Hazardous Materials. 407, 124865. https://doi.org/10.1016/ J.JHAZMAT.2020.124865. 32.Jia, Y., Hu, Z., Ba, Y., & Qi, W. (2021). Application of biochar-coated urea controlled loss of fertilizer nitrogen and increased nitrogen use efficiency. Chemical and Biological Technologies in Agriculture. 8 (1), 1-11. https:// doi.org/10.1186/s40538-020-00205-4.
33.Ye, Z., Zhang, L., Huang, Q., & Tan, Z. (2019). Development of a carbon-based slow release fertilizer treated by bio-oil coating and study on its feedback effect on farmland application, Journal of Cleaner Production. 239, 118085. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118085.
34.Zhang, Z., Yu, H., Zhu, R. Zhang, X., & Yan, L. (2020). Phosphate adsorption performance and mechanisms by nanoporous biochar–iron oxides from aqueous solutions. Environmental Science and Pollution Research. 27, 28132-28145. https://doi.org/10. 1007/s11356-020-09166-5. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 96 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 85 |