TT Chỉ tiêu Đơn vị Cành cam Cành lá tỉa 300oC 500oC 700oC 300oC 500oC 700oC 1 pHKCl(1:5) - 6,44 9,34 10,01 7,59 10,51 10,75 2 Hiệu suất % 71,6 27,6 23,5 63,2 30,8 24,9 3 Độ ẩm % 6,0±0,1 5,9±0,5 4,5±0,2 6,8±0,3 6,3±0,4 5,5±0,2 4 Độ tro 5,7±2,2 20,2±0,2 22,8±2,2 8,3±1,34 17,2±1,9 26,2±1,4 5 P2O5ts 0,05±0,01 0,11±0,02 0,12±0,04 0,39±0,02 0,67±0,03 0,70±0,03 6 K2Ots 0,28±0,03 0,54±0,04 0,59±0,03 0,87±0,09 1,32±0,05 1,61±0,06 7 CCE* %CaCO3 0,7±0,2 11,5±0,3 14,5±0,3 3,7±0,2 15,0±0,5 15,7±0,2
Ghi chú:*CCE (Calcium Carbonate Equivalent)
Trên bảng 3.3 cho thấy, nhiệt độ càng tăng hiệu suất tạo thành biochar càng giảm, tại 300oC thì hiệu suất tạo thành từ cành và cánh lá tỉa là lớn nhất tương ứng là
71,6 và 63,2%. Tại nhiệt độ 700oC, hiệu suất tạo thành biochar từ cành và cánh lá tỉa là nhỏ nhất tương ứng là 23,5 và 24,9%. Trong khoảng nhiệt độ từ 500-700oC, hiệu suất tạo biochar có giảm nhưng khơng nhiều tuy nhiên trong khoảng từ 300-500oC thì có sự giảm mạnh của hiệu suất điều này có thể do quá trình phân hủy nhiệt các hợp chất xenlulo và hemixenlulo diễn ra mạnh trong khoảng nhiệt độ 300-500oC.
Kết quả ảnh hưởng của quá trình nhiệt phân đến pH của biochar được trình bày trong hình 3.8 như sau:
Hình 3.8. Kết quả ảnh hưởng của quá trình nhiệt phân đến pH của biochar
Khi sử dụng dung dịch muối trung trính KCl 1N để đánh giá pH của các mẫu biochar tạo thành được thể hiện trong hình cho thấy, pH của biochar tăng theo chiều tăng của nhiệt độ trong đó tăng nhanh trong khoảng nhiệt độ từ 300-500oC trên cả hai vật liệu, khoảng nhiệt độ từ 500-700oC thì mức độ tăng chậm hơn rất nhiều đối với biochar từ cành lá cam tỉa thì pH tăng từ 10,51 lên 10,75 riêng biochar từ canh cam pH tăng từ 9,34 lên 10,01. Có thể thấy rằng, quá trình nhiệt phân tại nhiệt độ cao tạo được bichar có pH cao phù hợp cho mục đích cải thiện độ chua của đấttốn nhiều năng lượng hơn (Hình 3.8). 0 2 4 6 8 10 12 300 500 700 300 500 700
Cành cam Cành lá cam tỉa
oC
Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tro của biochar tạo thành được trình bày trong hình 3.9 như sau:
Hình 3.9. Kết quả độ ẩm và độ tro của biochar
Từ hình 3.9 cho thấy, độ ẩm của các mẫu biochar được tạo thành nhìn chung khơng có sự thay đổi lớn dao động từ 4,5% đến 6,8%. Tuy nhiên, độ tro của các mẫu biochar tại các nhiệt độ khác nhau có sự biến động lớn trong khoảng 5,7-26,2% và có xu hướng tăng khi nhiệt độ nhiệt phân tăng điều này có thể là do quá trình nhiệt phân tắc động vào cấu trúc của vật liệu C hữu cơ dễ bị đốt cháy như xenlulo về dạng C đen bền vững hơn với nhiệt độ. Trong đó, biochar tạo thành từ cành cam tăng mạnh khi nhiệt phân ở 500oC và khi nhiệt phân ở 700oC độ tro của biochar chỉ tăng 2,6% so với độ tro ở 500oC. Riêng biochar tạo thành từ canh lá cam tỉa, độ tro có xu hướng tăng đều ở các nhiệt độ điều này có thể do q trình mất sinh khối của cành lá cam tỉa của các chất hữu cơ trong lá cam tại nhiệt độ giúp tích lũy các khoáng chất ở lá.
Kết quả sự biến động của hàm lượng P và K tổng số trong biochar được trình bày trong hình 3.10 như sau:
0 5 10 15 20 25 30 300 500 700 300 500 700
Cành cam Cành lá cam tỉa
oC
%
Hình 3.10. Kết quả hàm lượng P tổng số và K tổng số trong biochar
Trên hình 3.10 cho thấy, hàm lượng P và K tổng số trong biochar tăng theo chiều tăng của nhiệt độ tương ứng với sự mất giảm sinh khối do C hữu cơ bị chuyển hóa thành CO2và C đen. Hàm lượng P và K tổng số trong biochar BCC thấp hơn rất nhiều so với BCL. Trong đó, P tổng số trong các mẫu biochar BCL cao trung bình 7 lần và K tổng số cao trung bình gấp 3 lần so với biochar BCC. Nguyên liệu đầu vào để tạo biochar BCL chứa thành phần lá cam một bộ phận tích lũy nhiều chất dinh dưỡng của cây cam đã làm cho hàm lượng P, K tích lũy cao khi sinh khối bị giảm do q trình nhiệt phân.
Biochar thường có pH cao, do đó để đánh giá khả năng trung hòa của biochar so với canxi cacbonat tinh khiết người ta thường sử dụng chỉ số tương đương canxi cacbonat (Calcium Carbonate Equivalent, CCE). Với chỉ số trên giúp xác định với lượng biochar cần bổ sung để có tác dụng cải tạo độ chua của đất.
Chỉ số CCE của các mẫu biochar được trình bày trong hình 3.11 cho thấy, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ số CCE của biochar và chỉ số CCE có xu hướng tăng khi nhiệt độ tăng như sau:
0 0,5 1 1,5 2 300 500 700 300 500 700
Cành cam Cành lá cam tỉa
oC
%
Hình 3.11. Kết quả tác động của nhiệt độ tới chỉ số CCE của các mẫu biochar
Qua hình 3.12 cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến chỉ số CCE của biochar và chỉ số CCE có xu hướng tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này là do quá trình phân hủy nhiệt đã làm một lượng lớn C và giải phóng các ion kim loại kiềm và kiềm thổ trong mơ góp phần vào tăng pH và khả năng của biochar. Trong đó, biochar nhiệt phân ở nhiệt độ 300oC có chỉ số CCE rất thấp. Chỉ số CCE của các mẫu biochar ở các nhiệt độ khác từ 11,5-15,7% và mẫu biochar tạo thành từ canh lá tỉa có giá trị cao nhất. Qua các kết quả đạt được về sự tạo thành biochar có thể thấy biochar được tạo thành từ cành cam tại nhiệt độ 700oC cho ra biochar có chất lượng tốt nhất với giá trị pH và CCE cao, mức độ tích lũy dinh dưỡng P, K là cao nhất tuy nhiên đối với biochar được tạo thành từ cành lá cam tỉa thì nhiệt độ 500oC lại cho thấy đây là nhiệt độ tối ưu với giá trị pH và CCE cao, tốn ít năng lượng hơn để tạo thành. Trong thí nghiệm ảnh hưởng của biochar đến độ chua của đất sẽ sử dụng biochar từ cành cam ở nhiệt độ 700oC (BCC) và biochar từ cành lá cam tỉa ở 500oC (BCL) để tiến hành thí nghiệm.
0 5 10 15 20 300 500 700 300 500 700
Cành cam Cành lá cam tỉa
(%
C
aC
O3
Cấu trúc bề mặt và thành phần một số nguyên tố của biochar từ cành cam ở nhiệt độ 700oC (BCC) và biochar từ cành lá cam tỉa ở 500oC (BCL) được thể hiện trong hình 3.12 và bảng 3.4 dưới đây:
a. Biochar BCL b. Biochar BCC
Hình 3.12. Cấu trúc bề mặt biochar BCL và BCC
Qua hình 3.12 cho thấy, bề mặt của hai loại biochar được sử dụng trong thí nghiệm tiếp theo rất khác nhau. Trong đó, biochar BCL có cấu khơng đồng nhất về bề mặt nhiều nếp gấp có một số khoảng hổng lớn phân bố khơng đều có thể góp phần tăng diện tích bề mặt của biochar nhưng cũng góp phần giảm khả năng hấp phụ với khí thức khoảng hổng hớn như vậy. Biochar BCC có cấu trúc khá đồng nhất với các khoảng hổng tương đối trịn có kích thước khác nhau đan xen với thành bằng cacbon và giữ được cấu trúc của các mạch cacbon qua đó giúp tăng diện tích bề mặt của BCC, cũng có thể giúp cho BCC có thể có khả năng hấp phụ qua việc các ion thâm nhập sâu vào cấu trúc vật liệu qua khoảng hổng. Nhìn chung, vật liệu cấu tạo của hai loại biochar khác khác nhau do đó cấu trúc bề mặt cũng có sự khác biệt đồng thời các hàm lượng các nguyên tố cũng có sự thay đổi được thể hiện trong bảng 3.4 dưới đây.