본 연구는 매년 가로수의 전정으로 발생하는 가로수 전정부산물을 바이오차로 만들어 특성을 파악하고, 흡착제 및 토양개량제로의 활용 가능성을 알아보기 위해 수행하였다. 이를 위하여 서울특별시에서 가로수로 가장 널리 이용되는 느티나무 (Zelkova serrata), 양버즘나무 (Platanus occidentalis), 왕벚나무 (Prunus yedoensis), 은행나무 (...
본 연구는 매년 가로수의 전정으로 발생하는 가로수 전정부산물을 바이오차로 만들어 특성을 파악하고, 흡착제 및 토양개량제로의 활용 가능성을 알아보기 위해 수행하였다. 이를 위하여 서울특별시에서 가로수로 가장 널리 이용되는 느티나무 (Zelkova serrata), 양버즘나무 (Platanus occidentalis), 왕벚나무 (Prunus yedoensis), 은행나무 (Ginkgo biloba) 네 종류와 자작나무 (Betula platyphylla var. japonica)를 선택하여 본 실험에 이용하였다. 전정부산물을 파쇄하여 건조 후 300℃, 500℃, 700℃로 열처리하여 바이오차를 생산하였다. 바이오차의 특성을 알아보기 위해 pH, EC (electrical conductivity), CEC (cation exchange capacity), 회분함량, C 함량, 수득률, BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, 그리고 FT-IR (Fourier transform infrared)로 관능기를 조사하였고, 표면을 관찰하기 위해 SEM (scanning electron microscopy) 사진을 촬영하였다. 바이오차의 활용가능성을 알아보기 위해서는 NH4-N과 P, Cd에 대한 흡착실험을 수행하였고, 토양개량효과를 알아보기 위해 토양에 1, 2% (w/w)로 바이오차를 처리하였다.
바이오차 특성분석결과 열처리 온도가 상승할수록 pH, EC, BET surface area, 회분함량은 증가하는 것으로 나타났다. 이와 반대로 수득률, CEC, C 함량은 온도가 상승할수록 감소하였고, 관능기를 조사한 FT-IR 분석결과도 온도가 상승함에 따라 관능기 피크가 감소하였다. NH4-N에 대한 바이오차의 흡착실험에서는 모든 수종에서 500℃에서 생산된 바이오차의 제거효율이 가장 높았으며, 은행나무 바이오차가 가장 제거효율이 높았다. P 흡착실험에서는 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차를 제외하고 모든 바이오차가 Freundlich 흡착등온식의 1/n값이 1보다 큰 S형 흡착양상으로 나타나 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차만 P과 친화성있는 것으로 나타났다. 다만, 인 농도가 높은 처리에서는 500℃에서 생산된 바이오차가 제거율이 높았다. Cd 흡착실험 결과 700℃에서 생산된 바이오차가 가장 제거율이 높았고, 300℃에서 생산된 바이오차가 제거율이 가장 낮았다. 수종별로는 은행나무가 가장 높은 제거율을 나타냈으며, 자작나무가 가장 낮은 제거율을 나타냈다. 토양개량효과를 확인한 토양처리 실험에서는 바이오차를 처리함으로써 pH와 수분함량이 증가하는 것을 확인하였으며, 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차가 pH 및 수분함량 개선에 가장 효과가 높게 나타났다.
위의 실험을 통해 바이오차의 오염물질 흡착 및 토양개량효과를 확인하였다. 따라서 향후 가로수 전정부산물을 바이오차로 재활용하여 중금속 및 NH4-N 흡착제 및 토양개량제로서 환경 및 농업 분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구는 매년 가로수의 전정으로 발생하는 가로수 전정부산물을 바이오차로 만들어 특성을 파악하고, 흡착제 및 토양개량제로의 활용 가능성을 알아보기 위해 수행하였다. 이를 위하여 서울특별시에서 가로수로 가장 널리 이용되는 느티나무 (Zelkova serrata), 양버즘나무 (Platanus occidentalis), 왕벚나무 (Prunus yedoensis), 은행나무 (Ginkgo biloba) 네 종류와 자작나무 (Betula platyphylla var. japonica)를 선택하여 본 실험에 이용하였다. 전정부산물을 파쇄하여 건조 후 300℃, 500℃, 700℃로 열처리하여 바이오차를 생산하였다. 바이오차의 특성을 알아보기 위해 pH, EC (electrical conductivity), CEC (cation exchange capacity), 회분함량, C 함량, 수득률, BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, 그리고 FT-IR (Fourier transform infrared)로 관능기를 조사하였고, 표면을 관찰하기 위해 SEM (scanning electron microscopy) 사진을 촬영하였다. 바이오차의 활용가능성을 알아보기 위해서는 NH4-N과 P, Cd에 대한 흡착실험을 수행하였고, 토양개량효과를 알아보기 위해 토양에 1, 2% (w/w)로 바이오차를 처리하였다.
바이오차 특성분석결과 열처리 온도가 상승할수록 pH, EC, BET surface area, 회분함량은 증가하는 것으로 나타났다. 이와 반대로 수득률, CEC, C 함량은 온도가 상승할수록 감소하였고, 관능기를 조사한 FT-IR 분석결과도 온도가 상승함에 따라 관능기 피크가 감소하였다. NH4-N에 대한 바이오차의 흡착실험에서는 모든 수종에서 500℃에서 생산된 바이오차의 제거효율이 가장 높았으며, 은행나무 바이오차가 가장 제거효율이 높았다. P 흡착실험에서는 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차를 제외하고 모든 바이오차가 Freundlich 흡착등온식의 1/n값이 1보다 큰 S형 흡착양상으로 나타나 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차만 P과 친화성있는 것으로 나타났다. 다만, 인 농도가 높은 처리에서는 500℃에서 생산된 바이오차가 제거율이 높았다. Cd 흡착실험 결과 700℃에서 생산된 바이오차가 가장 제거율이 높았고, 300℃에서 생산된 바이오차가 제거율이 가장 낮았다. 수종별로는 은행나무가 가장 높은 제거율을 나타냈으며, 자작나무가 가장 낮은 제거율을 나타냈다. 토양개량효과를 확인한 토양처리 실험에서는 바이오차를 처리함으로써 pH와 수분함량이 증가하는 것을 확인하였으며, 700℃에서 생산된 은행나무 바이오차가 pH 및 수분함량 개선에 가장 효과가 높게 나타났다.
위의 실험을 통해 바이오차의 오염물질 흡착 및 토양개량효과를 확인하였다. 따라서 향후 가로수 전정부산물을 바이오차로 재활용하여 중금속 및 NH4-N 흡착제 및 토양개량제로서 환경 및 농업 분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
This study was carried out to use wood waste from roadside trees as biochar that is used as contaminant adsorbent and soil amendment. Five roadside trees (Zelkova serrata, Platanus occidentalis, Prunus yedoensis, Ginkgo biloba, and Betula platyphylla var. japonica) in Seoul were used in this study. ...
This study was carried out to use wood waste from roadside trees as biochar that is used as contaminant adsorbent and soil amendment. Five roadside trees (Zelkova serrata, Platanus occidentalis, Prunus yedoensis, Ginkgo biloba, and Betula platyphylla var. japonica) in Seoul were used in this study. Wood waste, crashed and dried at 70℃, was pyrolyzed at 300℃, 500℃, and 700℃. Physico-chemical properties of the biochar; pH, EC (electrical conductivity), CEC (cation exchange capacity), ash content, C content, BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, FT-IR(Fourier transform infrared), and SEM (scanning electron microscopy) were analyzed. Adsorption experiments of NH4-N, P, Cd and biochar treated soil (1, 2% w/w) were carried out.
As temperature condition of pyrolysis was higher, pH, EC, BET surface area, and ash content increased. However, CEC, C content, C recovery, and functional group peak at FT-IR analysis decreased as the temperature condition was lower. Biochars produced at 500℃ had the highest removal efficiency of NH4-N in the adsorption experiment, and removal efficiency of ginkgo biochar was the highest among all biochar. In P adsorption experiment, all biochar excepted ginkgo biochar produced at 700℃ had S-type adsorption isotherms. But, biochar produced at 500℃ had high P removal rate in high P concentration. In Cd adsorption experiment, biochar produced at 700℃ had the highest Cd removal rate and maximum amount adsorbed of Cd, and biochar produced at 300℃ had the lowest Cd removal rate and maximum amount adsorbed of Cd. Cd removal efficiency of ginkgo biochar was better than other species. In biochar treated soil, all biochar increased soil pH and water contents. Ginkgo biochar produced at 700℃ was more effective in increasing pH and water contents than other biochar.
Thherefore, wood waste biochar has potential as contaminant (Cd and NH4-N) adsorbent and soil ameliorant.
This study was carried out to use wood waste from roadside trees as biochar that is used as contaminant adsorbent and soil amendment. Five roadside trees (Zelkova serrata, Platanus occidentalis, Prunus yedoensis, Ginkgo biloba, and Betula platyphylla var. japonica) in Seoul were used in this study. Wood waste, crashed and dried at 70℃, was pyrolyzed at 300℃, 500℃, and 700℃. Physico-chemical properties of the biochar; pH, EC (electrical conductivity), CEC (cation exchange capacity), ash content, C content, BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area, FT-IR(Fourier transform infrared), and SEM (scanning electron microscopy) were analyzed. Adsorption experiments of NH4-N, P, Cd and biochar treated soil (1, 2% w/w) were carried out.
As temperature condition of pyrolysis was higher, pH, EC, BET surface area, and ash content increased. However, CEC, C content, C recovery, and functional group peak at FT-IR analysis decreased as the temperature condition was lower. Biochars produced at 500℃ had the highest removal efficiency of NH4-N in the adsorption experiment, and removal efficiency of ginkgo biochar was the highest among all biochar. In P adsorption experiment, all biochar excepted ginkgo biochar produced at 700℃ had S-type adsorption isotherms. But, biochar produced at 500℃ had high P removal rate in high P concentration. In Cd adsorption experiment, biochar produced at 700℃ had the highest Cd removal rate and maximum amount adsorbed of Cd, and biochar produced at 300℃ had the lowest Cd removal rate and maximum amount adsorbed of Cd. Cd removal efficiency of ginkgo biochar was better than other species. In biochar treated soil, all biochar increased soil pH and water contents. Ginkgo biochar produced at 700℃ was more effective in increasing pH and water contents than other biochar.
Thherefore, wood waste biochar has potential as contaminant (Cd and NH4-N) adsorbent and soil ameliorant.
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