پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 158 |
| تعداد شماره‌ها | 6,239 |
| تعداد مقالات | 67,855 |
| تعداد مشاهده مقاله | 115,384,834 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 90,155,834 |
فعال‌سازی ترکیبات نیترو-هیومیکی از لیگنایت با استفاده از فرآیند نیترو-هیومیفیکاسیون در فاز جامد به‌کمک غنی‌سازی نیتروژن و اکسیداسیون ازن | ||
| مهندسی بیوسیستم ایران | ||
| دوره 53، شماره 3، مهر 1401، صفحه 289-309 اصل مقاله (1.64 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijbse.2022.342534.665486 | ||
| نویسندگان | ||
| احسان سرلکی1؛ محمدحسین کیانمهر* 2؛ علی ماشاالله کرمانی3؛ مرضیه قربانی4؛ مرتضی آغباشلو5 | ||
| 1دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک بیوسیستم، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران. | ||
| 2استاد، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران. | ||
| 3استادیار، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران. | ||
| 4دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکدگان ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران. | ||
| 5گروه مهندسی مکانیک ماشین‌های کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران | ||
| چکیده | ||
| در این پژوهش، فرآیند نیترو-هیومیفیکاسیون در فاز جامد جهت فعال‌سازی ترکیبات نیترو-هیومیکی لیگنایت با فرآوری متوالی دو مرحله‌ای به‌کمک غنی‌سازی نیتروژن (استفاده از معرف‌های پتاسیم هیدروکسید و اوره به‌ترتیب به‌عنوان عامل فعال‌ساز هیومیک اسید و غنی‌ساز نیتروژن) و اکسیداسیون ازن در یک راکتور بستر ثابت توسعه داده شد. تغییرات در عناصر اصلی، شاخص طیفی هیومیفیکاسیون (E4/E6)، عامل‌سازی سطح و ویژگی‌های بافتی ساختار به‌ترتیب با آنالیز CHNOS، طیف‌سنجی فرابنفش-نور مرئی (UV-VIS)، تبدیل فوریه مادون قرمز (FT-IR) و آنالیز سطح ویژه مبتنی بر مدل‌های BET، BJH و t-plot بررسی شد. نتایج نشان از افزایش در بازده ترکیبات هیومیکی محلول در قلیا و آب به‌ترتیب 25/2 و 94/2 برابر نسبت به روش مرسوم استخراج قلیایی داشت. یک کاهش 5/14 درصدی در محتوای کربن ناشی از اکسیداسیون ازن همراه با 15/8 درصد غنی‌سازی نیتروژن حاصل از پیش‌فرآوری اوره منجر به نسبت ایده‌آل هیومیفیکاسیون (C/N) تا مقدار 6/5 درصد و افزایش درجه اکسیداسیون (O/C) تا مقدار 94/0 شد. همچنین نسبت E4/E6 تا مقدار 8/6 و شاخص شوری 21/46 درصد برای ترکیبات نیترو-هیومیکی در سطح مطلوبی قرار داشت. تجزیه پیوندهای دوگانه کربن‌های آروماتیک و تبدیل مؤثر نیتروژن به فرم‌های نیتروژن آمید و آلی پیوندی در اثر اکسیداسیون ازن به‌خوبی توسط آنالیز عنصری CHNOS و طیف‌سنجی FT-IR به اثبات رسید. در اثر اکسیداسیون ازن، منافذ اصلی در لیگنایت عمدتا به مزوحفره تبدیل شد. به‌طور کلی، نتایج نشان داد که اکسیداسیون ازن علاوه بر افزایش تولید و کیفیت ترکیبات نیترو-هیومیکی، محصول نهایی را از یک ارزش رقابتی و قیمت کمتری نسبت به سایر کودهای هیومیکی نیتروژنی تجاری برخوردار می‌سازد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| اکسیداسیون ازن؛ اوره؛ ترکیبات نیترو-هیومیکی؛ فعال‌سازی فاز جامد؛ لیگنایت | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Activation of Nitro-Humic Substances from Lignite using Solid-Phase Nitro-Humification Process Assisted by Nitrogen Enrichment and Ozone Oxidation | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ehsan Sarlaki1؛ Mohammad Hossein Kianmehr2؛ Ali Mashaallah Kermani3؛ Marzieh Ghorbani4؛ Mortaza Aghbashlo5 | ||
| 1Ph.D. Student, Department of Biosystems Engineering, College of Abouraihan, University of Tehran, Tehran, Iran. | ||
| 2Full Professor,, Department of Biosystems Engineering, College of Abouraihan, University of Tehran, Tehran, Iran. | ||
| 3Assistant Professor,, Department of Biosystems Engineering, College of Abouraihan, University of Tehran, Tehran, Iran. | ||
| 4Former Ph.D. Student, Department of Biosystems Engineering, College of Abouraihan, University of Tehran, Tehran, Iran. | ||
| 5Department of Mechanical Engineering of Agricultural Machinery, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| : In this work, solid-phase nitro-humification process was developed to activation of lignitic nitro-humic substances (NHSs) by using the two-step sequential treatment assisted by nitrogen enrichment (using KOH and urea as a humic acid activator and a nitrogen enrichment agent, respectively) and ozone oxidation in fixed-bed reactor. The changes in main elements, spectral index of humification (E4/E6), surface functionalization, and textural properties were determined by CHNOS analysis, ultraviolet-visible (UV-VIS), Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and specific surface area (SSA) analysis based on BET, BJH and t-plot models, respectively. The results revealed the increasing 2.25 and 2.94-folds on the yield of alkali and water-soluble NHSs, respectively, compared to the conventional alkaline extraction method. A 14.5% reduction in the carbon content owing to ozone oxidation and 8.15% nitrogen enrichment resulting from urea pretreatment led to an ideal humification ratio (C/N ratio=5.6) and a higher degree of oxidation (O/C ratio=0.94). Also, E4/E6 ratio up to 6.8 and salt index of 46.2% for NHSs were at an acceptable level. The decomposition of double bonds of aromatic carbons and the effective transformation of nitrogen into amide and organic nitrogen forms due to ozone oxidation were well proven by elemental analysis of CHNOS and FT-IR spectroscopy. As a result of ozone oxidation, the main pores in lignite were mainly turned into mesopores. Collectively, the results demonstrated that ozone oxidation, in addition to enhancing the yield and quality of NHSs, provide an end product with a competitive value and a lower price than other commercial nitrogenous humic fertilizers. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Lignite, Nitro-humic substances, Ozone oxidation, Solid-phase activation, Urea | ||
| مراجع | ||
|
An, Q., Chen, D., Chen, H., Yue, X., & Wang, L. (2022). Modification of hydro-chars by non-thermal plasma to enhance co-anaerobic digestion and degradation of sewage sludge pyrolysis oil. Journal of Environmental Management, 307, 114531. An, T., Qin, Y., Cheng, H., Wu, J., Su, W., Meng, G., Wei, H., Sun, C., Liu, Z., & Guo, X. (2022). TiO2-WO3 activated weathered lignite coating phosphate fertilizer to improve longitudinal migration efficiency. Journal of Cleaner Production, 351, 131549. Aoyama, M. (2015). Separation of acid-soluble constituents of soil humic acids by dissolution in alkaline urea solution and precipitation with acid. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 2, 16. Bi, S., Hu, S., Zhou, Z., Kong, M., Liu, Y., Feng, C., Cheng, X., & Chen, X. (2018). The green and stable dissolving system based on KOH/urea for homogeneous chemical modification of chitosan. International Journal of Biological Macromolecules, 120, 1103–1110. Cheng, G., Niu, Z., Zhang, C., Zhang, X., & Li, X. (2019). Extraction of Humic Acid from Lignite by KOH-Hydrothermal Method. Applied Sciences, 9, 1356. David, J., Šmejkalová, D., Hudecová, Š., Zmeškal, O., von Wandruszka, R., Gregor, T., & Kučerík, J. (2014). The physico-chemical properties and biostimulative activities of humic substances regenerated from lignite. Springerplus, 3, 156. Dobrzyńska, J., Wysokińska, A., & Olchowski, R. (2022). Raspberry stalks-derived biochar, magnetic biochar and urea modified magnetic biochar - Synthesis, characterization and application for As(V) and Cr(VI) removal from river water. Journal of Environmental Management, 316, 115260. Dong, L., & Yuan, H. (2009). Nitrogen incorporation into lignite humic acids during microbial degradation. Geomicrobiology Journal, 26, 484–490. Dong, L., Yuan., Q. & Yuan, H. (2006). Changes of chemical properties of humic acids from crude and fungal transformed lignite. Fuel, 85, 2402–2407. Doskočil, L., Burdíková-Szewieczková, J., Enev, V., Kalina, L., & Wasserbauer, J. (2018). Spectral characterization and comparison of humic acids isolated from some European lignites. Fuel, 213, 123–132. El-Nemr, M. A., Abdelmonem, N. M., Ismail, I. M. A., Ragab, S., & El Nemr, A. (2020). Ozone and Ammonium Hydroxide Modification of Biochar Prepared from Pisum sativum Peels Improves the Adsorption of Copper (II) from an Aqueous Medium. Environmental Processes, 7, 973–1007. Fuentes, M., Baigorri, R., González-Gaitano, G., & García-Mina, J.M. (2018). New methodology to assess the quantity and quality of humic substances in organic materials and commercial products for agriculture. Journal of Soils and Sediments, 18, 1389–1399. Ghani, M.J., Akhtar, K., Khaliq, S., Akhtar, N., & Ghauri, M.A. (2021). Characterization of humic acids produced from fungal liquefaction of low-grade Thar coal. Process Biochemistry, 107, 1–12. Huang, B., Liu, G., Wang, P., Zhao, X., & Xu, H. (2019). Effect of Nitric Acid Modification on Characteristics and Adsorption Properties of Lignite. Process, 7(3), 167. Huculak-Mączka, M., Hoffmann, J., & Hoffmann, K. (2018). Evaluation of the possibilities of using humic acids obtained from lignite in the production of commercial fertilizers. Journal of Soils and Sediments, 18, 2868–2880. ISO 5073:2013 Brown coals and lignites-determination of humic acids (specifies volumetric methods for the determination of total humic acids and free humic acid of brown coals and lignites). Jing, J., Zhang, S., Yuan, L., Li, Y., Zhang, Y., Wen, Y., & Zhao, B. (2022). Humic acid complex formation with urea alters its structure and enhances biomass production in hydroponic maize. Journal of the Science of Food and Agriculture, 102, 3636-3643. Kharel, G., Sacko, O., Feng, X., Morris, J. R., Phillips, C. L., Trippe, K., Kumar, S., & Lee, J. W. (2019). Biochar surface oxygenation by ozonization for super high cation exchange capacity. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 7, 16410–16418. Klinger, K. M., Liebner, F., Hosoya, T., Potthast, A., & Rosenau, T. (2013). Ammoxidation of lignocellulosic materials: formation of nonheterocyclic nitrogenous compounds from monosaccharides. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61, 9015–9026. Li, S., Tan, J., Wang, Y., Li, P., Hu, D., Shi, Q., Yue, Y., Li, F., & Han, Y. (2022). Extraction optimization and quality evaluation of humic acids from lignite using the cell-free filtrate of Penicillium ortum MJ51. RSC Advances, 12, 528–539. Li, X., She, D., Zhao, P., Jin, H., Jia, T., Zhou, H., & Zheng, J. (2022). Facile synthesis a potential nitrogen-enriched weathered coal fertilizer: excellent slow-release performance and improving plant quality. Waste and Biomass Valorization. https://doi.org/10.1007/s12649-022-01778-x Lomovskiy, O. L., & Uchrin, J. (2010). Improved process for the preparation of a water-soluble humate-containing composition and the use thereof. U.S. Patent Application No: WO2010094985A1. https://patents.google.com/patent/WO2010094985A1/en Lota, G., Krawczyk, P., Lota, K., Sierczyńska, A., Kolanowski, Ł., Baraniak, M., & Buchwald, T. (2016). The application of activated carbon modified by ozone treatment for energy storage. Journal of Solid State Electrochemistry, 20, 2857–2864. Mesgaran, M.B., Madani, K., Hashemi, H., & Azadi, P. (2017). Iran’s Land Suitability for Agriculture. Scientific Reports, 7, 7670. Ngiba, T. M. (2022). Modification of lignin to produce soil conditioning materials (M. Sc. Thesis, University of Stellenbosch, Stellenbosch). Nizami, A. S., Rehan, M., Waqas, M., Naqvi, M., Ouda, O. K., Shahzad, K., Miandad, R., Khan, M. Z., Syamsiro, M., Ismail, I. M. I., & Pant, D. (2017). Waste biorefineries: Enabling circular economies in developing countries. Bioresource Technology, 241, 1101–1117. Sabar, M. A., Ali, M. I., Fatima, N., Malik, A. Y., Jamal, A., Liaquat, R., He, H., Liu, F. -J., Guo, H., Urynowicz, M., & Huang, Z. (2020). Evaluation of humic acids produced from Pakistani subbituminous coal by chemical and fungal treatments. Fuel, 278, 118301. Sarlaki, E., Kianmehr, M. H., & Kermani, A.M. (2022). Solid-phase humification of Lignite for activation of nitro-humified substances via ozone oxidation: humification efficiency and nitrogen transformation. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53(5), 917–936. (InPersian) Sarlaki, E., Sokhandan Toomaj, M., Sharif Paghaleh, A., Kianmehr, M. H., & Nikousefat, O. (2019). Extraction of humic acid from lignite coals using stirred tank reactors (STRs): Assessment of process parameters and final product characterization. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(5), 1111–1125. (InPersian) Sharif Paghaleh, A., Sarlaki, E., Kianmehr, M.H. & Shakiba, N. (2018). Study of spectral, structural and chemical characteristics of humic acids isolated from coalfield of Iran. Iranian Journal of Soil and Water Research, 48(5), 1145–1158. (InPersian) Shen, Y., Lin, H., Gao, W. & Li, M. (2020). The effects of humic acid urea and polyaspartic acid urea on reducing nitrogen loss compared with urea. Journal of the Science of Food and Agriculture, 100(12), 4425–4432. Skripkina, T., Bychkov, A., Tikhova, V., Smolyakov, B., & Lomovsky, O. (2018). Mechanochemically oxidized brown coal and the effect of its application in polluted water. Environmental Technology & Innovation, 11, 74–82. Song, G., Hayes, M. H. B., Novotny, E. H., & Simpson, A. J. (2011). Isolation and fractionation of soil humin using alkaline urea and dimethylsulphoxide plus sulphuric acid. Naturwissenschaften, 98, 7–13. Song, M., Wang, G., Suo, Y., Wu, Z., Zhan, H., & Liu, W. (2022). Conversion of weathered coal into high value-added humic acid by magnetically recoverable Fe3O4/LaNiO3 nanocatalysts under solid-phase grinding conditions. Catalysts, 12(4), 392. Tang, Y., Hou, S., Yang, Y., Cheng, D., Gao, B., Wan, Y., Li, Y. C., Yao, Y., Zhang, S., & Xie, J. (2020). Activation of humic acid in lignite using molybdate-phosphorus hierarchical hollow nanosphere catalyst oxidation: molecular characterization and rice seed germination-promoting performances. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68, 13620–13631. Tang, Y., Yang, Y., Cheng, D., Gao, B., Wan, Y., Li, Y. C., Yao, Y., Xie, J., & Liu, L. (2019). Multifunctional slow-release fertilizer prepared from lignite activated by a 3D-molybdate-sulfur hierarchical hollow nanosphere catalyst. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 7, 10533–10543. Thorn, K. A., & Cox, L. G. (2016). Nitrosation and nitration of fulvic acid, peat and coal with nitric acid. PLoS One, 11(5), e0154981. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 265 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 158 |
||