さまざまな原料と熱分解条件に由来するバイオチャーの孔構造と環境サービス

バイオチャーの細孔構造は、多くのバイオ炭誘発環境サービスを決定します。定量的に予測するために、バイオチャーの環境サービスは、バイオ炭の多孔性と細孔サイズ分布を特徴付け、バイオ炭の細孔構造が環境サービスにどのように関係するかを理解することが非常に重要です。この研究では、異なる原料由来のバイオチャーの細孔特性を、窒素吸着と水銀侵入ポロシメトリー（MIP）法を使用して決定しました。原料材料に応じて、バイオチャーの細孔特性の大きなバリエーションが見つかりました。バイオチャーの特定の表面積（SSA）は、1.06〜70.22 m2/gの範囲で大きく異なりました。MIPメソッドによって決定されたバイオチャーの総細孔体積と多孔性は、それぞれ1.28〜3.68 cm3/g、それぞれ57.8〜79.7％の範囲でした。バイオチャーの細孔サイズ分布は、草本植物と広い葉の森林バイオチャーで5-15と1.5-5μmの範囲のバイモーダルピークを持っていましたが、針葉樹の森林バイオチャーは6-25および1.5の孔サイズに2つのピークを持っていました。それぞれ3μm。バイオチャーには、かなりの貯蔵細孔（0.5〜50μm）があり、総細孔容積の約85％を占め、透過と残留細胞が小さい。草本植物のバイオチャーは、葉や針葉樹の森林バイオチャーよりも多くの透過孔（>50μm）を持っていました。細孔特性に対する熱分解条件（温度と滞留時間）の影響は、主に原料の種類に依存していました。原料の違いはバイオ炭の細孔特性に大きく影響しますが、バイオ炭細孔特性に対する熱分解条件の影響はバイオマス型によって異なります。バイオチャーの細孔構造の詳細な特性評価は、土壌修正および汚染物質吸着剤としてのバイオチャーの潜在的な影響を効果的に予測することができます。

The pore structure of biochar determines many biochar-induced environmental serves. In order to predict quantitatively, the environmental serves of biochar, it is very important to characterize the porosity and pore size distribution of biochar and to understand how biochar pore structure relates to the environmental serves. In this study, pore characteristics of biochars derived from different feedstocks were determined using nitrogen adsorption and the mercury intrusion porosimetry (MIP) methods. A great variation of pore characteristics in biochar was found, depending on feedstock material. The specific surface area (SSA) of biochars varied greatly, ranging from 1.06 to 70.22 m2/g. Total pore volume and porosity of biochars determined by the MIP method ranged from 1.28 to 3.68 cm3/g and from 57.8 to 79.7%, respectively. The pore size distribution of biochars had bimodal peaks in the range of 5-15 and 1.5-5 μm for the herbaceous plant and broad-leaf forest biochars, while coniferous forest biochar had two peaks at the pore sizes of 6-25 and 1.5-3 μm, respectively. Biochars had substantial storage pores (0.5-50 μm), accounting for about 85% of total pore volume, and small transmission and residual pores. The herbaceous plant biochars had larger volume of transmission pores (> 50 μm) than broad-leaf and coniferous forest biochar. Effects of pyrolysis conditions (temperature and residence time) on pore characteristics largely depended on feedstocks types. The difference in feedstocks would greatly affect pore characteristics of biochar, while the effect of pyrolysis conditions on biochar pore characteristics varied with biomass type. The detailed characterization of pore structure in biochars could effectively predict the potential impacts of biochars as soil amendment and pollutant sorbent.