Formation of persistent free radicals in sludge biochar by hydrothermal carbonization

生物炭 水热碳化 激进的 化学 环境化学 电子顺磁共振 碳化 燃烧 木炭 热解 吸附 有机化学 物理 核磁共振
作者
Zheng Tang,Song Zhao,Yajie Qian,Hanzhong Jia,Pin Gao,Yanming Kang,Éric Lichtfouse
出处
期刊:Environmental Chemistry Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (3): 2705-2712 被引量:40
标识
DOI:10.1007/s10311-021-01198-8
摘要

The uses of biochar as soil fertilizer can offset global warming and reduce dependence on limited mineral resources in the future circular economy, yet biochar may contain contaminants that can ultimately enter the food chain. In particular, persistent free radicals are emerging contaminants previously detected in biochar but underlying mechanisms of radical formation are not yet established. Here we studied radical generation during hydrothermal carbonization of waste sludge at 160–220 ºC for 0.5–2 h with solid weight ratios of 10%w–40%w using electron paramagnetic resonance and Fourier transform infrared spectrometry. Results reveal that radical concentration increases with temperature, reaction time, and weight ratio in sludge biochars, reaching a content of 47.2 × 1015 spins/g for 220 ºC, 2 h heating, and 40%w solid ratio. Moreover, low temperature of about 160 ºC favors the production of oxygen-centered radicals, whereas higher temperature of 220 ºC produces carbon-centered radicals. Our findings imply that biochar ecotoxicity should be assessed prior applications to prevent adverse health effects.
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