Effect of Pyrolysis Temperature on Some Physicochemical Properties of Biochar Derived from Pruning Waste of Mature Pistachio Trees

Document Type : Research Paper

Author

Assistant Professor, National Salinity Research Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Yazd, Iran

Abstract

Production and soil application of biochars derived from crop residue is known as an environmental friendly strategy for increasing soil health and quality. Therefore, the present study aimed to elucidate the effect of 4 pyrolysis temperatures (350, 400, 450, and 500 °C) on the physicochemical properties of biochar derived from pistachio pruning. The results showed that increasing pyrolysis temperature up to 500 °C increased electrical conductivity, pH, K, Na and P by 32%, 27%, 27%, 25%, and 29% compared to the pyrolysis temperature of 350 °C, respectively. While the increasing trend in Ca, Mg and Zn content was significant up to 450 °C, there were no significant difference in   Ca, Mg and Zn content at pyrolysis temperatures of 450 and 500 °C. The results also, confirmed the positive effect of pyrolysis temperature on specific surface area as well as porosity. Overall, it was concluded that the biochar derived from pistachio pruning woods is rich in plant nutrients and can be used as a source of nutrient supply for plants. It can also act as a soil amendment and improve plant performance.

Keywords

Main Subjects

References

  1. بنایی، م.ح.، ع.، مومنی، م.، بای‌بوردی، و م.ج. ملکوتی. 1383. خاک­های ایران. انتشارات سنا.
  2. بنی طالبی، گ.، م.ر.، مصدقی، و ا. خوشگفتارمنش. 1396. اثر دمای پیرولیز بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی بیوچار حاصل از کاه گندم، باگاس نیشکر، خوشه خرما، خاک اره و شلتوک برنج. پانزدهمین کنگره علوم خاک ایران، اصفهان. 7-1.
  3. خان‌محمدی، ز.، م.، افیونی، و م.ر. مصدقی. 1394. اثر دمای پیرولیز بر ویژگی‌های شیمیایی بیوچار حاصل از باگاس نیشکر و بقایای پسته. تحقیقات کاربردی خاک، 3(1): 13-1.
  4. خواجوی شجاعی، ش.، ع.، معزی، م.، نوروزی‌مصیر، و م. تقوی‌زاهد‌کلایی. 1398. بررسی سینتیک و همدمای جذب نیترات و آمونیوم از محلول آبی با استفاده از زغال زیستی نی. تحقیقات خاک و آب ایران، 50(8): 221-209.
  5. رستمیان، ر.، م.، حیدرپور، س.ف.، موسوی، و م. افیونی. 1394. بررسی کاربرد زغال زیستی تهیه شده از شلتوک برنج در شوری زدایی آب آبیاری. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، 19(71): 29-21.
  6. رمضانپور، م.ر.، م.، دستفال، و م.ج. ملکوتی. 1387. اثر پتاسیم در کاهش تنش خشکی در گندم در منطقه داراب فارس. علوم خاک و آب، 22(1): 135-127.
  7. زلفی‌باوریانی، م.، ع.، رونقی، ن.، کریمیان، ج.، یثربی، و ر. قاسمی. 1395. اثر بیوچار تهیه شده از کود مرغی در دماهای مختلف بر ویژگی‌های شیمیایی یک خاک آهکی. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 20 (75): 86-73.
  8. عالی‌پور‌بابادی، م.، ع.، معزی، م.، نوروزی‌مصیر، و ع. خادم‌الرسول. 1397. تاثیر نوع زیتوده و دمای گرماکافت بر برخی ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی زغال زیستی. تحقیقات آب و خاک ایران، 49 (3): 547-537.
  9. علی‌احیایی، م.، و ع.ا. بهبهانی‌زاده. 1372 . شرح روشهای تجزیه شیمیایی خاک و گیاه. موسسه تحقیقات خاک و آب. تهران، نشریه فنی شماره 893.
  10. عظیم‌زاده، ی.، و ن. نجفی. 1396. بیوچار، ماده‌ای با ویژگی‌های منحصربه‌فرد برای ترسیب کربن اتمسفر و کاهش گرمایش جهانی. نشریه علمی ترویجی مدیریت اراضی، 5(1): 63-51.
  11. کرمی، ش.، و ر. قاسمی‌فسایی. 1399. بررسی سینتیک جذب فسفات توسط بیوچار باگاس نیشکر. نشریه دانش آب و خاک، 30(2): 58-47.
  12. کریمی، م. 1398. پاسخ گندم رقم بم به اثرات متقابل شوری آب آبیاری و سطوح مختلف کود سولفات پتاسیم . تنش‌های محیطی در علوم زراعی، 12(1): 249-239.
  13. کریمی، م.، ب.، خیام‌باشی، س.ع.م.، چراغی، م.، نیکخواه، م.ح.، رحیمیان، ه.، پیرسته‌انوشه، م.، شیران تفتی، م. و و. سلطانی‌گردفرامرزی. 1399. بررسی پاسخ گندم به سطوح مختلف کود فسفر و شوری در شرایط مزرعه‌ای. تنش‌های محیطی در علوم زراعی، 13(1): 318-313.
  14. کریمی زارچی، م. 1394. راهمای مصرف کودهای نیتروژنی برای تولید گندم. انتشارات صحراشرق. ایران.
  15. کیخسروی، ح.، ع.، عباس‌پور، و ح.ر. اصغری. 1399. اثر بیوچار سبوس برنج، همراه و غنی شده با سوپرفسفات تریپل بر قابلیت دسترسی فسفر و رشد ذرت در مزرعه. نشریه پژوهش‌های خاک، 34(3): 342-329.
  • معزی، ع.، ع.، خادم الرسول، م. بی ریا. 1396. تاثیر زغال زیستی و کاربرد ان در خاک. انتشارات شهید چمران اهواز.
  1. میری، ف.، و ج. زمانی‌بابگهری. 1399. تاثیر دمای فرآیند پیرولیز آهسته بر برخی ویژگیهای بیوچار تولید شده از ضایعات برداشت پسته. مهندسی زراعی (مجله علمی کشاورزی)، 43(1): 101-87.
  2. یزدان‌پناهی، ع.، خ.، احمدالی، س.، زارع، م. جعفری. 1398. اثر دو نوع بیوچار بر خصوصیات فیزیکی خاک مؤثر در مدیریت آبیاری مناطق بیابانی. تحقیقات خاک و آب ایران، 50(4). 975-966.
  3. Agin, D., and S. Sensoz. 2014. Effect of Pyrolysis Temperature on Chemical and Surface Properties of Biochar of Rapeseed (Brassica napus L.). International Journal of Phytoremediation, 16(7-8): 684-693.
  4. Almida, I.S.D.R. 2015. Hydrogen-to-carbon ratio versus char yield in biomass slow pyrolysis. Thesis to obtain the Master of Science. Tecnico Lisboa University.
  5. Black, C.A., Evans, D.D., and R.C. Dinauer. 1965. Methods of soil analysis. American Society of Agronomy, 1143.
  6. Brunauer, S., Emmett, P.H., and E. Teller. 1938. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of American Chemistry Society, 60: 309-319.
  7. Bhargava, G.P., and I.P. Abrol. 1978. Characteristics of some typical salt affected soils of Uttar Pradesh. Division of Soils and Agronomy, Central Soil Salinity Research Institute: Yazd. Brunauer, S., Emmett, P.H. and Teller, E. 1938. Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of American Chemistry Society, 60: 309-319.
  8. Chan, K., and Z. Xu. 2009. Biochar: nutrient properties and their enhancement. In: Lehmann, J. and S. Joseph (Eds), Biochar for Environmental management: Science and Technology. Earthscan, London, pp. 67-84.
  9. Claoston, N.A., Samsuri, M.H., and A. Husni. 2014. Effects of Pyrolysis Temperature on the Physicochemical Properties of Empty Fruit Bunch and Rice Husk Biochars. Waste Management Research, 32(4): 331-339.
  10. Das, O., and A.K. Sarmah. 2015. Mechanism of waste biomass pyrolysis: Effect of physical and chemical pre-treatments. Science of the Total Environment, 537: 323–334.
  11. Downie, A., Crosky, A., and P. Munroe. 2009. Physical Properties of Biochar. In: Lehmann, J. and S. Joseph (Eds), Biochar for Environmental management: Science and Technology. Earthscan, London, pp. 13-32.
  12. Jindarom, C., Meeyoo, V., Kitiyanan, B., Rirksomboon, T., and P. Rangsunvigit. 2007. Surface characterization and dye adsorptive capacities of char obtained from pyrolysis/gasification of sewage sludge. Chemical Engineering Journal, 133(1–3): 239–246.
  13. Karimizarchi, M., Soltangheisi, A., Husin, A., Yusop, M.K., and R. Othman. 2018. Sulfur uptake and translocation in maize (zea mays) grown in a high pH soil treated with elemental sulfur. Journal of Plant Nutrition, 41(14): 1798-1806.
  14. Keskinen, R., Hyväluoma, J., Sohlo, L., Help, H., and K. Rasa. 2019. Fertilizer and soil conditioner value of broiler manure biochars. Biochar, 1: 259–270.
  15. Kizito, S., Luo, H., Lu, J., Bah, H., Dong, R., and S. Wu. 2019. Role of Nutrient-Enriched Biochar as a Soil Amendment during Maize Growth: Exploring Practical Alternatives to Recycle Agricultural Residuals and to Reduce Chemical Fertilizer Demand. Sustainability, 11: 1-22.
  16. Kloss, S., Zehetner, F., Dellantonio, A., Hamid, R., Ottner, F., Liedtke, V., Schwanninger, M., Gerzabek, M.H. and G. Soja. 2012. Characterization of slow pyrolysis biochars: effects of feedstocks and pyrolysis temperature on biochar properties. Journal of Environmental Quality, 41:990–1000.
  17. Lehmann, J., and S. Joseph. 2009. Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan, London.
  18. Lua, A.C., Yang, T., and J. Guo. 2004. Effects of pyrolysis conditions on the properties of activated carbons prepared from pistachio-nut shells. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 72: 279-287.
  19. Oisik, D., and S. Ajit. 2015. Mechanism of waste biomass pyrolysis: Effect of physical and chemical pre-treatments. Science of the Total Environment, 537: 323–334.
  20. Parasad, R., and R., Power. 1997. Soil fertility management for sustainable agriculture. CRC Press. Lewis publishers, New York.
  21. Quin, B.F., and P.H., Wood. 1976. Rapid manual determination of sulfur and phosphorous in plant material. Communications in soil science and plant analysis, 7(4):415-425.
  22. Reeves, J.B., McCarty, G.W., Rutherford, D.W., and R.L. Wershaw. 2007. Near Infrared Spectroscopic Examination of Charred Pine Wood, Bark, Cellulose and Lignin: Implications for the Quantitative Determination of Charcoal in Soils. J. Near Infrared Spec., 15: 307-315.
  23. Reyhanitabar, A., Farhadi, M., Ramezanzadeh, H., and Sh. Oustan. 2020. Effect of Pyrolysis Temperature and Feedstock Sources on Physicochemical Characteristics of Biochar. Jouranl of Agricultural Science and Technology, 22(2): 547-561.
  24. Shafie, S.T., Salleh, M.A.M., Hang, L.L., Rahman, M.M., and W.W.K. Ghani. 2012. Effect of pyrolysis temperature on the biochar nutrient and water retention capacity. Journal of Purity, Utility Reaction and Environment, 1(6): 323-337.
  25. Shirani, H., Rizabandi, E., Mosaddeghi, M.R., and H. Dashti. 2010. Impact of Pistachio Residues on Compactibility, and Permeability for Water and Air of Two Aridic Soils from Southeast of Iran. Arid Land Research and Management, 24(4): 365-384.
  26. Sigmund, G., Huffer, T., Hofmann, T., and M. Kah. 2017. Biochar total surface area and total pore volume determined by N2 and CO2 physisorption are strongly influenced by degassing temperature. Science of the Total Environment, 580: 770-775.
  27. Singh, B., MeiDolk, M., Shen, Q., and M. Camps-Arbestain. 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.
  28. Song, W., and M. Guo. 2012. Quality variations of poultry litter biochar generated at different pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 94:138–145.
  29. Van der Stelt, M.J.C., Gerhauser, H., Kiel, J.H.A, and K.J., Ptasinski. 2011. Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels: A review. Biomass and Bioenergy, 35(9): 3748–3762.
  30. Wei, J., Tu, C., Yuan, G., Liu, Y., Bi, D., Xiao, L., Lu, J., Theng, B., Wang, H., Zhang, L., and X. Zhang. 2019. Assessing the effect of pyrolysis temperature on the molecular properties and copper sorption capacity of a halophyte biochar. Environmental Pollution, 251: 56-65.
  31. Verheijen, F., Jeffery, S., Bastos, A.C., Van der Velde, M., and I. Diafas. 2010. Biochar application to soils. Institute for Environment and Sustainability, Luxembourg.
  32. Wang, Y., Hu, Y., Zhao, X., Wang, Sh. and G. Xing. 2013. Comparisons of Biochar Properties from Wood Material and Crop Residues at Different Temperatures and Residence Times. Energy & Fuels, 27(10):5890–5899.
Iranian Journal of Soil Research
Volume 35, Issue 3
December 2021
Pages 321-337

Files

Share

How to cite

Statistics