Close

Korean Journal of Environmental Agriculture

Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar

BibTex RIS APA Harvard MLA Vancouver Chicago

@article{HGNHB8_2020_v39n3_171,
author={HuiSeon. Kim and Seok-In. Yun and NanHee. An and JoungDu. Shin},
title={Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar},
journal={Korean Journal of Environmental Agriculture},
issn={1225-3537},
year={2020},
volume={39},
number={3},
pages={171-177},
doi={10.5338/KJEA.2020.39.3.20},
url={https://doi.org/10.5338/KJEA.2020.39.3.20}

TY - JOUR
AU - Kim, HuiSeon.
AU - Yun, Seok-In.
AU - An, NanHee.
AU - Shin, JoungDu.
TI - Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar
T2 - Korean Journal of Environmental Agriculture
PY - 2020
VL - 39
IS - 3
PB - The Korean Society of Environmental Agriculture
SP - 171-177
SN - 1225-3537
AB - BACKGROUND:Recently, biomass conversion from agricultural wastes to carbon-rich materials such as biochar has been recognized as a promising option to maintain or increase soil productivity, reduce nutrient losses, and mitigate greenhouse gas emissions from the agro-ecosystem. This experiment was conducted to select an optimum conditions for enhancing the NH4-N adsorption capacity of rice hull activated biochar.METHODS AND RESULTS:For deciding the proper molarity of KOH for enhancing its porosity, biochars treated with different molarity of KOH (0, 1, 2, 4, 6, 8) were carbonized at 600℃ in the reactor. The maximum adsorption capacity was 1.464 mg g-1, and an optimum molarity was selected to be 6 M KOH. For the effect of adsorption capacity to different carbonized temperatures, 6 M KOH-treated biochar was carbonized at 600℃ and 800℃ under the pyrolysis system. The result has shown that the maximum adsorption capacity was 1.76 mg g-1 in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature, while its non-treated biochar was 1.17 mg g-1. The adsorption rate in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ was increased at 62.18% compared to that of the control. Adsorption of NH4-N in the rice hull activated biochar was well suited for the Langmuir model because it was observed that dimensionless constant (RL) was 0.97 and 0.66 at 600℃ and 800℃ of pyrolysis temperatures, respectively. The maximum adsorption amount (qm) and the bond strength constants (b) were 0.092 mg g-1 and 0.001 mg L-1, respectively, for the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis.CONCLUSION:Optimum condition of rice hull activated biochar was 6M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature.
KW - Absorption capacity
KW - Rice hull activated biochar
DO - 10.5338/KJEA.2020.39.3.20
UR - https://doi.org/10.5338/KJEA.2020.39.3.20
ER -

Kim, H., Yun, S. I., An, N., & Shin, J. (2020). Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar. Korean Journal of Environmental Agriculture, 39(3), 171-177.

Kim, H, Yun, SI, An, N & Shin, J 2020, “Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar”, Korean Journal of Environmental Agriculture, vol. 39, no. 3, pp. 171-177. Available from: doi:10.5338/KJEA.2020.39.3.20

Kim, HuiSeon et al. “Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar.” Korean Journal of Environmental Agriculture 39.3 (2020): 171-177.

1. Kim H, Yun SI, An N, Shin J. Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar. Korean Journal of Environmental Agriculture [Internet]. 2020;39(3): 171-177. Available from: doi:10.5338/KJEA.2020.39.3.20.

Kim, HuiSeon, Seok-In Yun, NanHee An and JoungDu Shin. “Effect of KOH Concentrations and Pyrolysis Temperatures for Enhancing NH4-N Adsorption Capacity of Rice Hull Activated Biochar.” Korean Journal of Environmental Agriculture 39, no.3 (2020): 171-177. doi: 10.5338/KJEA.2020.39.3.20.

Menu
Open Access Journal

Korean Journal of Environmental Agriculture

p-ISSN 1225-3537
e-ISSN 2233-4173

HOME > Archives > Article View

Article History

Received2020-06-08
Revised2020-07-06
Accepted2020-07-11

Contents

Citation

1 Influence of activated biochar pellet fertilizer application on greenhouse gas emissions and carbon sequestration in rice (Oryza sativa L.) production  /  2021 /  Environmental Pollution  /  vol.285, pp.117457 /  10.1016/j.envpol.2021.117457

Article View

Korean Journal of Environmental Agriculture

2020. Vol.39. n3. pp.171-177

DOI : https://doi.org/10.5338/KJEA.2020.39.3.20

Number of citation : 1
crossmark images crossmark images

Abstract

BACKGROUND:

Recently, biomass conversion from agricultural wastes to carbon-rich materials such as biochar has been recognized as a promising option to maintain or increase soil productivity, reduce nutrient losses, and mitigate greenhouse gas emissions from the agro-ecosystem. This experiment was conducted to select an optimum conditions for enhancing the NH4-N adsorption capacity of rice hull activated biochar.

METHODS AND RESULTS:

For deciding the proper molarity of KOH for enhancing its porosity, biochars treated with different molarity of KOH (0, 1, 2, 4, 6, 8) were carbonized at 600℃ in the reactor. The maximum adsorption capacity was 1.464 mg g-1, and an optimum molarity was selected to be 6 M KOH. For the effect of adsorption capacity to different carbonized temperatures, 6 M KOH-treated biochar was carbonized at 600℃ and 800℃ under the pyrolysis system. The result has shown that the maximum adsorption capacity was 1.76 mg g-1 in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature, while its non-treated biochar was 1.17 mg g-1. The adsorption rate in the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ was increased at 62.18% compared to that of the control. Adsorption of NH4-N in the rice hull activated biochar was well suited for the Langmuir model because it was observed that dimensionless constant (RL) was 0.97 and 0.66 at 600℃ and 800℃ of pyrolysis temperatures, respectively. The maximum adsorption amount (qm) and the bond strength constants (b) were 0.092 mg g-1 and 0.001 mg L-1, respectively, for the rice hull activated biochar treated with 6 M KOH at 600℃ of pyrolysis.

CONCLUSION:

Optimum condition of rice hull activated biochar was 6M KOH at 600℃ of pyrolysis temperature.

Keyword

Absorption capacity,Rice hull activated biochar

서론

바이오차란 Biomass와 char의 합성어로 산소가 제한된 환경에서 바이오매스를 이용한 열분해를 통해 얻어지는 물질을 의미한다. 바이오차는 친환경 유기 농자재로 왕겨, 볏짚, 참나무, 배 전정 가지 등 다양한 농업부산물을 소재로 활용 할 수 있다[1, 2]. 최근 바이오매스의 자원화로 바이오차가 연구가 진행되고 있다[3, 4]. 토양에 바이오차를 처리할 경우, 물리적, 화학적, 생물학적 환경에 영향을 미치며, 농업 생산성을 향상하게 하며, 농업환경에서도 긍정적인 영향을 미친다는 결과가 발표되었다[5]. 이는 바이오차가 높은 비표면적과 공극을 가지고 있어 이온이 표면에 흡착되어 비점오염원 감소에 이바지하기 때문이다. 바이오차를 토양에 혼용하였을 때, N2O 배출량이 54%까지 감소하였고, 바이오차의 소재, 열분해 조건, C/N율 등의 특성이 N2O 배출 저감에 영향을 미친다[6]. 장 등[7]은 논 토양에 질소 비료만 시용한 처리구와 비교했을 때 바이오차를 함께 처리한 처리구에서 아산화질소 배출이 40~51% 감소한다고 보고하였다. 선행된 연구에 따르면 NH4-N을 흡착하여 온실가스를 저감 시킬 수 있다는 결과들이 발표되었다[8, 9]. 바이오차의 장기적인 안정성은 대기 중으로 배출되는 이산화탄소를 감소시키는 것을 알 수 있다. 공극을 넓히는 방법 중 화학적 활성 방법은 활성화제를 이용하여 탈수 및 산화에 의하여 미세한 세공을 증대시키는 방법이 있다. 활성화제의 종류는 KOH, NaOH, Na2CO3 등이 있으며 산성 용액도 있지만 대부분 알칼리성의 화학물질이다[10]. 그중 KOH는 높은 비표면적을 얻을 수 있는 활성화제로서 주목을 받고 있으며, 그에 관한 연구가 활발히 진행하고 있다. IAE-AC에 KOH를 처리하여, 높은 표면적을 가진 활성탄이 황 화합물에 대하여 높은 흡착량과 흡착 속도를 가진다고 보고하였다[11]. 활성탄에 KOH 처리 시 공극의 발달이 두드러져 비표면적이 증가하였으며, 활성화 온도 조건에 따라 공극의 특성도 다르게 나타났다고 발표했다[12]. 위 연구 결과에 따르면 활성탄에 KOH 처리할 경우 높은 표면적을 가지게 되며, 높은 흡착량이 나타났으며, 활성 온도 또한 세공구조의 형성 및 흡착 성능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 활성 온도가 증가할수록 미세공극의 형성으로 부피가 증가하지만, 평균 세공 크기는 일정 수준을 유지하다가 감소하는 결과가 나타나, 활성화 온도 조건에 따라 공극의 특성이 변화하는 것으로 판단하였다[13, 14]. 반면에 바이오차의 재료나 열분해 조건에 상관없이 바이오차를 시용할 경우 N2O 발생량이 약 52~84% 감소하였다고 보고하였고[15], 활성 온도가 증가할수록 비표면적과 공극의 부피가 급격하게 감소하며[16], 평균 공극의 크기는 다소 증가하는 결과를 발표했다. 그러므로 높거나 낮은 탄화온도로 인한 물성의 저하를 방지하기 위해서는 제조공정에 영향을 미치지 않는 최적 온도를 결정하는 것이 중요하다. 화학적 활성 시 활성화 온도, 시간, KOH의 처리농도가 매우 중요한 요인으로 세공구조의 형성 및 흡착 성능에도 영향을 줄 수 있다고 판단된다. 이에 따라 KOH를 몰 농도별로 바이오차에 처리하여, 열처리 온도에 따른 NH4-N의 흡착 특성을 조사하고자 한다. 그러므로 본 연구는 왕겨 바이오차에 적정 KOH 처리농도 및 탄화온도에 따른 NH4-N의 최대 흡착량을 구명하고자 수행하였다.

재료및방법

KOH 농도 별 처리

본 연구에 시험재료로 사용한 바이오차는 왕겨를 원료로 하여 만든 제품(유기산업(주), 전북)을 구매하여 이용하였다. 바이오차 입자의 균질화를 위하여 1 mm 이하로 분쇄한 왕겨 바이오차 100g에 농도별 KOH 용액(1, 2, 4, 6, 8 M KOH)을 50 ml을 처리하여 600℃에서 탄화시켜 최대 NH4-N 흡착 농도를 구하였다. 본 실험에 사용된 왕겨 바이오차, 600℃에서 탄화시킨 활성 바이오차, 850℃에서 탄화시킨 활성 바이오차에 대한 화학 성분은 Table 1에 나타내었다. 850℃에서 탄화시킨 활성 바이오차의 EC 농도는 600℃ 활성 바이오차 보다 2.6배 높았으며, TC함량은 1.46배 낮게 나타났다. pH와 EC는 시료와 증류수의 비율을 1:20으로 하여 교반 후 pH/EC meter (Orion 4 star, Thermo scientific)을 이용하여 측정하였다. TC와 TN은 Vario MAX CN (Elimantar Analysen systeme, Hanau, Germany)을 이용하여 분석하였다.

왕겨 활성 바이오차 제조 조건

최대 NH4-N 흡착 농도인 6 M KOH를 처리한 왕겨 바이오차는 열분해 온도 600℃와 850℃에서 열분해하여 왕겨활성 바이오차를 제조하였다. 이러한 왕겨 활성 바이오차는 증류수를 이용하여 세척 후 0.5 mm에서 2 mm체 사이로 걸러주어 80℃에서 48시간 동안 건조하였다.

왕겨 활성 바이오차의 화학적 성분 분석

pH와 EC는 시료와 증류수를 1:20 비율로 혼합하여 교반 후 pH/EC meter (Orion 4 star, Thermo scientific)을 이용하여 측정하였다. 왕겨 활성 바이오차의 pH 변화가 나타나지 않았지만, EC는 KOH 처리농도가 증가할수록 높아지는 것으로 나타났으며, 6 M KOH를 처리한 활성 왕겨 바이오차가 207.3±16.13 dS m-1로 가장 높게 측정되었다(Table 2).

흡착량 및 제거율 산정

KOH 농도에 따른 바이오차의 NH4-N의 흡착량과 제거율을 산정하기 위해, KOH 농도 별로 왕겨 활성 바이오차(5 g L-1)에 (NH4)2HPO4 시약을 사용하여 NH4-N 용액(30 mg L-1)을 각각 넣었다. 또한, 활성 온도에 따른 흡착제거율 산정하기 영향을 알아보기 위하여 600℃와 850℃로 열분해시킨 왕겨 활성 바이오차를 각각의 플라스틱병에 NH4-N 용액 30 mg L-1을 넣고, 흡착제를 5~20 g L-1의 범위로 변화시키는 조건으로 흡착실험을 수행하였다. 이때 왕복식 항온 진탕기를 이용하여 25℃에서 24시간 진탕(140 rpm) 후 여과지(Whatman No.2)를 이용하여 여과하였다. 여액은 UV Spectrophotometer 측정용 키트(ST- Ammonium, C-Mac, Korea)로 NH4-N의 농도를 측정하고[17], 이를 초기농도와 비교하여 흡착량을 구하였다. NH4-N 흡착량 및 제거율은 수식 1과 2를 이용하여 산정하였다.

qe : 왕겨 활성 바이오차 단위 g당 흡착된 NH4-N의 양(mg g-1)

C0: NH4-N의 초기 농도(mg L-1)

Ce : (NH4)2HPO4 용액 중의 NH4-N의 평형 농도(mg L-1)

V : (NH4)2HPO4의 부피(L)

W : 왕겨 활성 바이오차의 투여량(g)

Langmuir 흡착등온식 적용

Langmuir 흡착은 단분자층 흡착이라고도 하며 흡착 질이 흡착제의 표면에 단층으로 흡착하는 경우에 나타난다[18]. Langmuir 흡착 등온식은 흡착의 결합력이 작용하는 것을 단분자층의 두께에 흡착이 일어나며 그 이상 분리된 층에서는 흡착이 일어나지 않는다고 가정하였다[19].

본 연구의 흡착 데이터를 Langmuir 흡착 등온 수식 3에 적용하였다. Langmuir 흡착 등온식은 수식 1을 이용하여 계산한 NH4-N 흡착량(qe)과 용액 중의 흡착질 평형 농도(Ce)를 Langmuir 흡착등온식에 적용하였다.

qe : 왕겨 활성 바이오차 단위 g당 흡착된 NH4-N의 양(mg g-1)

qm : NH4-N 최대 단분자층 흡착능(mg g-1)

b : 결합 세기(L mg-1)

Ce : (NH4)2HPO4 용액 중의 NH4-N의 평형 농도(mg L-1)

Langmuir 흡착등온식의 특징은 수식 4를 이용한 무차원 상수 RL의 값을 구하였다. 분리계수 또는 평형 계수라고 하며 0<RL<1이면 흡착공정이 적합하다는 것을 의미한다[20].

결과및고찰

KOH 농도별 처리에 따른 활성 왕겨 바이오차의 흡착량 및 제거율

왕겨 활성 바이오차에 KOH의 처리농도별 NH4-N 흡착량 및 제거율은 Fig. 1에 나타내었다. KOH를 처리하지 않은 일반 바이오차의 NH4-N 최대 흡착량과 제거율은 각각 1.12 mg g-1, 20.1%지만, 6 M KOH를 처리한 바이오차는 각각 1.46 mg g-1, 28.6%로 가장 높게 나왔다. 본 연구의 결과는 KOH를 처리한 왕겨 바이오차는 탄소 표면과 내부에 깊게 침투되어 탄소층과 층 사이의 미세공극들을 형성하여 비표면적이 증가했기 때문에 일반 바이오차 보다 NH4-N 최대 흡착량과 제거율이 높게 나타나는 연구 결과와 일치한다고 판단된다[21]. 반면, 일반 바이오차와 비교하면 1, 2, 8 M KOH를 처리한 왕겨 바이오차는 오히려 낮은 최대 흡착량과 제거율을 보였다(Fig. 1). KOH 농도가 증가함에 따라 바이오차 표면에 피흡착 물질로 채워져 흡착할 수 있는 표면적이 줄어들고[22-24], 과량의 KOH가 왕겨 활성 바이오차의 세공에 남아 있어서 NH4-N 흡착량과 제거율이 감소하기 때문에 왕겨 활성 바이오차에 적절한 농도의 KOH 처리가 필요하다고 생각된다. 그러므로 본 연구의 결과에 따라 (NH4)2HPO4 용액 중의 NH4-N를 제거를 위한 KOH의 적정 농도는 6 M KOH로 판단되었으며, 후속 실험은 이 농도를 기본으로 하여 평가하였다.

바이오차 열분해 온도 변화에 따른 NH4-N의 흡착능 평가

6 M KOH를 처리한 왕겨 바이오차의 온도별로 활성 바이오차를 제조하여 투여량을 변화시키는 조건에서 NH4-N의 흡착량을 조사한 결과는 Fig. 2와 같다. 활성화하지 않은 왕겨 바이오차(Control)는 1.5 ~ 2 g에서 평형상태에 도달했다. 600℃의 왕겨 활성 바이오차는 Control보다는 높은 최대 흡착율을 보였지만, 1.5 g 기준으로 급격하게 감소하였다. 850℃에서 활성화한 활성 바이오차는 Control과 비교하였을 때 더 낮은 최대 흡착율로 1.5 ~ 2 g에서 서서히 감소하면서 평형상태에 도달하였다. 3가지 유형의 바이오차를 비교하였을 때, 600℃에서 활성화한 활성 왕겨 바이오차> Control> 850℃에서 활성화한 활성 바이오차 순으로 높은 NH4-N의 최대 흡착량을 보였다. 따라서, KOH를 처리한 바이오차의 활성 온도가 증가할수록 공극 부피가 증가하여, 900℃ 이상의 활성 온도에서 감소하는 경향이 나타남으로 미세공극의 활발한 형성 때문에 결정구조가 완전히 파괴되었는 연구 결과[16]에 기인하는 것으로 생각된다. 또한, 고온에서 활성화한 활성탄소는 중세공극을 형성시키고 수율 또한 감소하였다고 제시한 바 있다[25]. 850℃ 이상의 활성 온도는 KOH의 활발한 작용으로 미세공의 벽들을 파괴하면서 흡착율 및 제거율이 감소하는 것으로 판단된다. 또한, Table 1에서 보는 바와 같이 TC의 함량도 600℃에서 활성화한 활성 왕겨 바이오차가 226.35±8.05 g kg-1으로 가장 높았으며, 850℃의 활성 왕겨 바이오차 보다 1.46배 높게 나타났다.

6 M KOH 처리한 왕겨 활성 바이오차를 무게별로 NH4-N의 흡착량의 차이는 Fig. 2에 제시하였다. 왕겨 활성 바이오차의 투입량이 증가할수록 평형상태에 도달하는 경향을 보였지만, 이는 NH4-N의 흡착이 진행되면서 바이오차의 활성 부위는 점차 증가하지만, 확산 저항성도 증가하기 때문에 평형상태에 도달한다는 연구 결과[26]와 일치한다고 판단된다. 왕겨 활성 바이오차의 무게가 증가함에 따라 평형 흡착량의 지수가 감소하는 반면 흡착량과 제거율은 증가하는 형태를 나타냈다. 6 M KOH를 처리한 왕겨 활성 바이오차의 투입량이 증가함에 따라 (NH4)2HPO4 용액 중의 NH4-N의 농도가 감소하면서 왕겨 활성 바이오차에 흡착된 NH4-N의 농도가 높아지면서 제거율이 감소하는 것으로 판단된다.

Langmuir 흡착 등온식 적용

흡착 후 NH4-N의 평형농도(Ce)에 대한 NH4-N 흡착량을(qe) Fig. 3에 나타낸 것이다. Control과 600℃로 탄화시킨 왕겨 활성 바이오차를 많이 투여할수록 포화하는 형태의 직선을 보였다.

Langmuir 흡착 등온식에 적용하여 Langmuir 흡착등온식에서 도출된 직선식은 Fig. 4에 나타내었다. 흡착실험 결과를 Langmuir 흡착 등온식에 적용했을 때 직선 관계를 이루어 흡착실험은 Langmuir 흡착 등온식에 적합하였다(Fig. 3, 4). 이러한 현상은 왕겨 활성 바이오차는 피흡착제와 이온교환 및 단층 흡착한다는 연구 결과[26]에 기인함을 알 수 있었다. Control과 600℃의 왕겨 활성 바이오차, 850℃의 왕겨 활성 바이오차에서 Langmuir 흡착등온식에서 도출된 직선 식은 각각 y = 20.087x + 0.019, y = 9.829x + 0.054, y = 22.527x + 0.423로 이 직선식을 수식4에 대입하여 기울기와 절편으로부터 qm, r2, RL, b 값을 산출하였다(Table 3).

처리 온도에 따라 NH4-N의 흡착량을 비교하였을 때, 600℃의 왕겨 활성 바이오차의 최대 단분자층 흡착량(qm)이 0.102 mg g-1으로 가장 높게 산출되었지만, 결합 세기(b)는 850℃에서 왕겨 활성 바이오차가 0.019 L mg-1으로 가장 높게 산출되었다. 왕겨 활성 바이오차에 대한 NH4-N의 흡착 특성을 구명하기 위해 무차원 상수 RL 값을 구하였다. 무차원 상수 RL의 값이 비교적 작은 차이가 있지만, 0~1 사이에 포함되므로 Langmuir 흡착 등온식에 적합하다는 것을 알 수 있다. Control과 600℃의 왕겨 활성 바이오차, 그리고 850℃의 왕겨 활성 바이오차의 r2값은 각각 0.82*, 0.88**, 0.82*로 유의성(p<0.05)이 있는 것으로 나타났다.

결과및고찰

왕겨 활성 바이오차의 NH4-N의 최대 흡착량을 산정하기 위해 적정 KOH처리 농도 및 열분해 온도를 구명하였다. 6M KOH를 처리한 왕겨 바이오차가 가장 높은 흡착량과 제거율을 나타냄으로, 왕겨 활성 바이오차의 열분해 온도 600℃ 및 800℃에서 무차원 상수(RL)가 각각 0.86 및 0.65로 r2값은 각각 0.88**과 0.82*로 유의성(p<0.05)이 있는 것으로 나타나 Langmuir 모델에 적합한 것으로 나타났다. 모든 처리 중에서, 6 M KOH과 600℃의 열분해 온도 조건에서 처리된 왕겨 활성 바이오차의 최대 흡착량(qm) 및 결합 강도 상수(b)가 각각 0.092 mg g-1, 0.001 L mg-1으로 가장 높게 산정됨에 따라, NH4-N의 최대 흡착을 위한 왕겨 활성 바이오차의 최적 조건은 600℃의 열분해 온도에서 6 M KOH 처리인 것으로 판단되었다.

Note

The authors declare no conflict of interest.

ACKNOWLEDGEMENT

This work was performed with the support of the “Cooperative Research Program for Agricultural Science & Technology Development (Project No.(PJ01381401)”, Rural Development Administration, Republic of Korea.

Tables & Figures

Table 1.

Chemical properties of rice hull biochar and different activated biochars with different pyrolysis temperatures in this experimenta)

이미지설명 a) EC; Electric conductivity, TC; Total carbon, and TN; Total nitrogen.
Table 2.

Changes of pH and EC to activated rice hull biochar treated with different molarity of KOH

이미지설명 The values were average of three replications, and stand deviations displayed standard deviation(p<0.05).
Fig. 1.

Variation adsorption amount and removal rate of NH4-N on activated biochar treated with different molarity KOH through cabonization of rice hull biochar. The values were average of three replications, and error bars displayed standard deviation (p<0.05).

이미지설명
Fig. 2.

Variation adsorption amount and removal rate of NH4-N on a different mass of activated rice hull biochar. The values were average of three replications.

이미지설명
Fig. 3.

Equilibrium adsorption isotherm at different temperature for adsorption of NH4-N to activated rice hull biochar. The values were average of three replications.

이미지설명
Fig. 4.

Langmuir isothermal plots of NH4-N by different mass of activated rice hull biochar. The values were average of three replications.

이미지설명
Table 3.

Parameters calculated from Langmuir isothermal model to different temperatures of pyrolysis

이미지설명 a) qm: maximum adsorption capacities of NH4-N, b) b: binding strength constant of NH4-N, c) *significant at 5%, **significant at 1%, and d) RL: dimensionless constant of Langmuir isotherm. The values were average of three replications, and error bars displayed standard deviation (p<0.05).

References

1. Kim, MY., & Kim,GH. ((2014)). Analysis of environmental impacts for the biochar production and soil application.. Journal of Korean Society of Environmental Engineers 36. 461 - 468. CrossRef

2. Lee, HY., Jeon, C., Lim, KJ., Hong, KC., Lim, JE., Choi, BS., Kim, NW., Yang, JE., & Ok,YS. ((2009)). Adsorption characteristics of heavy metal ions onto chemically modified rice husk and sawdust from aqueous solutions.. Korean Journal of Environmental Agriculture 28. 158 - 164. CrossRef

3. Park, WK., Park, BN., Shin, JD., Hong, SG., & Kwon,SI. ((2011)). Estimation of biomass resource conversion factor and potential production in agricultural sector.. Korean Journal of Environmental Agriculture 30. 252 - 260. CrossRef

4. Lee, CG., Lee, SL., Joo, SY., Cho, LH., Park, SY., Lee, SH., Oh, KC., & Kim,DH. ((2017)). A Study on agricultural by-products for biomass-to-energy conversion and Korean collecting model.. New & Renewable Energy 13. 27 - 35.

5. Kim, YS., Kim, CA., & Hyun,SH. ((2016)). Biochar research trends and perspectives in South Korea based on a bibliometric analysis.. Journal of Korea Society of Waste Management 33. 207 - 223. CrossRef

6. Cayuela, ML., van Zwieten, L., Singh, BP., Jeffery, S., Roig, A., & Sanchez-Monedero,MA. ((2014)). Biochar’s role in mitigating Soil nitrous oxide emissions: A review and meta-analysis.. Agriculture, Ecosystems & Environment 191. 5 - 16. CrossRef

7. Zang, A., Cui, L., Pan, G., Li, L., Hussain, Q., Zhang, X., Zheng, J., & Crowley,D. ((2010)). Effect of biochar amendment on yield and methane and nitrous oxide emissions from a rice paddy from Tai Lake plain. China.. Agriculture, Ecosystems & Environment 139. 469 - 475. CrossRef

8. Yoo, GY., Son, YG., Lee, SH., & Lee,Y. ((2013)). Greenhouse gas emissions form soils amended with biochar.. Korean Journal of Environmental Biology 31. 471 - 477. CrossRef

9. Choi, YS., Shin, JD., Lee, SI., & Kim,SC. ((2015)). Adsorption characteristics of aqueous ammonium using rice hull-derived biochar.. Korean Journal of Environmental Agriculture 34. 155 - 160. CrossRef

10. Tsai, WT., Chang, CY., & Lee,SL. ((1997)). Preparation and Characterization of Activated carbons from Corn Cob.. Carbon 35. 1198 - 2000. CrossRef

11. Lee, YJ., Park, NK., & Lee,TJ. ((2007)). The Adsorption of COS with a Modified-activated Carbon for Ultra-Cleanup of Coal Gas.. Clean Technology 13. 266 - 273.

12. Seo, IH., Kim, SG., Jung, JC., & Kim,MS. ((2016)). Preparation and characterization of carbon aero-gel activated with KOH and CO2: Effect of pore size distribution on electrochemical properties as EDLC electrodes.. PolymerKorea 40. 577 - 586.

13. Kim, HM., Sung, YJ., Park, YS., Shin, JC., & Seo,YK. ((2016)). Changes in rice husk by heat treatment.. Journal of Korea TAPPI 48. 263 - 270.

14. Lee, TR., Chung, CK., & Joe,YC. ((2009)). A study on the development of activated carbons from sewage sludge.. Clean Technology 15. 31 - 37.

15. Nelissen, V., Saha, BK., Ruysschaert, G., & Boeckx,P. ((2014)). Effect of different biochar and fertilizer types on N2O and NO emissions.. Soil Biology and Biochemistry 70. 244 - 255. CrossRef

16. Lee, EJ., Kwon, SH., Choi, PR., Jung, JC., & Kim,MS. ((2014)). Preparation and characterization of high-quality activated carbon by KOH activation of pitch precursors.. Journal of the Korean Applied Science and Technology 31. 408 - 415.

17. Reardon, J., Foreman, JA., & Searcy,RL. ((1996)). New reactants for the colorimetric determination of ammonia.. Clinica Chimica Acta 14. 403 - 405. CrossRef

18. Na, CK., Han, MY., & Park,HJ. ((2011)). Applicability of theoretical adsorption models for studies on adsorption properties of adsorbents (1).. Journal of Korean Society of Environmental Engineers 33. 606 - 616. CrossRef

19. Lee,JJ. ((2019)). Analysis for adsorption equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of aniline blue using activated carbon.. Korean Chemical Engineering Research 57. 679 - 686.

20. Choi, YS., Shin, JD., Lee, SI., & Kim,SC. ((2015)). Adsorption characteristics of aqueous ammonium using rice hullderived biochar.. Korean Journal of Environmental Agriculture 34. 155 - 160. CrossRef

21. Kim, KW., Jung, SH., Lim, YS., & Chung,YJ. ((1999)). The preparation of PAN-based activated carbon fiber by KOH.. Journal of the Korean Ceramic Society 36. 577 - 582.

22. Lee, Sk., Yim, CS., & Park,YS. ((2010)). H2S adsorption characteristics and property analyses of activated carbon adsorbent impregnated with basic solutions.. Journal of Korean Society of Environmental Engineers 32. 1011 - 1016.

23. Moon, SY., Han, DY., Lee, BH., & Lim,YS. ((2005)). Preparation and characterization of OXI-PAN based carbon fibers activated by hydroxides.. Journal of the Korean Ceramic Society 42. 469 - 474. CrossRef

24. Shin, EC., Park, JJ., Jeong, CG., & Kim,SH. ((2014)). Adsorption characteristics evaluation of natural zeolite for heavymetal contaminated material remediation.. Journal of the Korean Geosynthetics Society 13. 59 - 67. CrossRef

25. Gong, YP., Ni, ZY., Xiong, ZZ., Cheng, LH., & Xu,XH. ((2017)). Phosphate and ammonium adsorption of the modified biochar based on Phragmites australis after phytoremediation.. Environmental Science and Pollution Research 24. 8326 - 8335. CrossRef

26. Hall, KR., Eagleton, LC., Acrivos, A., & Vermeulen,T. ((1966)). Pore-and solid-diffusion kinetics in fixed-bed adsorption under constant-pattern conditions.. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals 5. 212 - 223. CrossRef