Rapid Simulation of Decade-Scale Charcoal Aging in Soil: Changes in Physicochemical Properties and Their Environmental Implications

生物炭 木炭 环境化学 化学 溶解有机碳 热解 碳纤维 环境科学 材料科学 有机化学 复合数 复合材料
作者
Xiao Chen,Xiaodong Gao,Pingfeng Yu,Leonardo Spanu,Jessica L. Hinojosa,Shuqi Zhang,Mingce Long,Pedro J. J. Alvarez,Caroline A. Masiello
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (1): 128-138 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c04751
摘要

In situ aging can change biochar properties, influencing their ecosystem benefits or risks over time. However, there is a lack of field verification of laboratory methods that attempt simulation of long-term natural aging of biochar. We exploited a decade-scale natural charcoal (a proxy for biochar) aging event to determine which lab-aging methods best mimicked field aging. We oxidized charcoal by ultraviolet A radiation (UVA), H2O2, or monochloramine (NH2Cl), and compared it to 10-year field-aged charcoal. We considered seven selected charcoal properties related to surface chemistry and organic matter release, and found that oxidation with 30% H2O2 most representatively simulated 10-year field aging for six out of seven properties. UVA aging failed to approximate oxidation levels while showing a distinctive dissolved organic carbon (DOC) release pattern. NH2Cl-aged charcoal was the most different, showing an increased persistent free radical (PFR) concentration and lower hydrophilicity. All lab oxidation techniques overpredicted polycyclic aromatic hydrocarbon release. The O/C ratio was well-correlated with DOC release, PFR concentration, surface charge, and charcoal pH, indicating the possibility to accurately predict biochar aging with a reduced suite of physicochemical properties. Overall, our rapid and verified lab-aging methods facilitate research toward derisking and enhancing long-term benefits of biochar application.
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