سینتیک رهاسازی فسفر از کمپوزیت‌ های فسفردار بر پایه بیوچار- اکسید/هیدروکسید آهن در محیط آبی

سابقه و هدف: بیشتر پژوهش های 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 3.5-4 میلی‌متر استفاده شد. در روش پوششی، تا زمان تشکیل گرانول‌های به قطر حدود 2.8 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 0.25، 0.5، 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 3.8 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 2.1، 9.2، 15.3، 18.4 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 75.8، 73.8، 67.6 و 65.9 درصد و برای فرم پوششی 45.9، 38.8، 36.3 و 36.7 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 (r^2=0.99) بود. با این حال دو مدل پخشیدگی پارابولیک (r^2=0.94) و معادله الوویچ (r^2=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.

phosphorus release kinetics from phosphorus-containing composites based on biochar-iron oxidehydroxide in aqueous solutions

objectives: most of the research carried out on biochar- iron oxide/hydroxide composites (bc-feox) have focused on the removal of phosphorus from polluted environments. however, by examining the release kinetics of loaded phosphorus on biochar-iron oxide/hydroxide composites, it can be studied as a slow released fertilizer in calcareous soils. therefore, the present study was conducted with the aim of investigating the kinetics of phosphorus release from phosphorus-containing composites based on biochar-iron oxide/hydroxide and also investigating different models of phosphorus release in the aquatic environment.materials and methods: an experiment was conducted to investigate the phosphorus release kinetics over time from phosphorus-containing composites based on biochar-iron oxidehydroxide as a factorial-split plot design. the experimental treatments were two levels of biochar (residuals of wheat straw and walnut shell), four levels of iron oxidehydroxide (goethite, hematite, ferrihydrate and magnetite), four levels of phosphorus (0, 5, 10 and 20% by weight) as triple superphosphate (tsp) and two methods of making composite (coated form and granulated form). in the granulation method, the powdered mixture of tsp and bc-feox was used as the granulation core until the formation of granule cores with a diameter of 4-3.5 mm. in the coating method, until the formation of granules with a diameter of about 2.8 to 3.3 mm, only tsp powder was used and then bc-feox powder was used for coating. phosphorus release kinetics at 0.25, 0.5, 1, 6, 12, 24, 48, 72, 120 and 240 hours were obtained by plotting the changes of phosphorus concentration against time.results: the results showed that the phosphorus release rate over time from composites containing phosphorus based on biochar-iron oxidehydroxide was higher at the beginning of the experiment compared to the duration of the experiment. in the treatments containing wheat straw biochar, the phosphorus release percentage was 3.8% lower than the treatments containing walnut shell biochar. by increasing the level of phosphorus in composites, more phosphorus percentage was released, so that the average percentage of phosphorus released from fertilizer composites containing phosphorus levels of 0, 5, 10, and 20% at 1 hour after the start of the experiment was 2.1%, 9.2%, 15.3%, and 18.4% respectively. the order of phosphorus release during the experiment in treatments containing iron oxidehydroxides was magnetite > hematite > ferrihydrate > goethite, so that after 24 hours from the start of the experiment, the phosphorus release percentage for magnetite, hematite, ferrihydrate and goethite in granulated form was 75.8, 73.8, 67.6 and 65.9% respectively and it was the coated form 45.9, 38.8, 36.3 and 36.7, respectively. actually the percentage of phosphorus release in coated form composites was significantly higher than granular form composites from the start of the experiment until 24 hours, but after this time there was no significant difference.