Ауыл шаруашылығында ылғалды сақтауды арттыру мақсатында активтендірілген көмірді биомассадан дайындау мен оңтайландыру

Авторлар

DOI:

https://doi.org/10.32523/5da1jn33

Кілт сөздер:

белсендірілген көмір, ауыл шаруашылығы қалдықтары, ылғал сақтайтын субстрат, кеуекті құрылым, адсорбциялық қасиеттер

Аңдатпа

Жаһандық климаттың өзгеруі және су ресурстарының шектеулілігі жағдайында ауыл шаруашылығын тұрақты дамыту ылғал ұстағыш қабілеті жоғары инновациялық материалдарды, соның ішінде ауыл шаруашылығы қалдықтары негізіндегі көміртекті субстраттарды енгізуді талап етеді. Бұл жұмыста сорбент пен калий гидроксидінің (KOH) әртүрлі массалық қатынастарында (1:1, 1:2, 1:3 және 1:4) күріш қауызынан синтезделген активтендірілген көмірдің (АК) текстуралық, морфологиялық және адсорбциялық сипаттамаларына кешенді зерттеу жүргізілді. Жұмыстың мақсаты - тиімді ылғал сақтауды қамтамасыз ететін кеуекті құрылымды қалыптастыру үшін химиялық активтендіру жағдайларын оңтайландыру. Әдістеме тығыздық функционал теориясын (DFT) және Барретт–Джойнер–Халенда (BJH) әдісін қолдануды қамтыды. Нәтижелер көрсеткендей, кеуектердің максималды жиынтық көлемі (1,6 см3/г) және дамыған меншікті беті (2900 м2/г) 1:3 қатынасында қол жеткізіледі. ИҚ-Фурье спектроскопиясы су молекулаларын байланыстыруда шешуші рөл атқаратын гидрофильді функционалды топтардың (O-H, C=O, C-O) бар екенін растады. Үш қайталанбалы өлшеммен (n=3) орындалған ылғал ұстау тәжірибелері 1:3 үлгісінің 22ºC және 50ºC температураларда ылғалды тұрақты сақтайтынын көрсетті. Бұл көрсеткіш активтендіру дәрежесі төмен үлгілер (1:1, 1:2) мен артық активтендірілген үлгілерден (1:4) айтарлықтай жоғары. Салыстырмалы талдау оңтайландырылған АК-ның меншікті беті бойынша дәстүрлі биокөмір мен цеолиттерден басым екенін және топырақтағы көміртекті қаңқаның ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз ететінін көрсетті. Алынған деректер ылғалдың булануын бәсеңдету процестеріндегі микро- және мезокеуектер тепе-теңдігінің шешуші рөлін дәлелдейді және бұл материалдарды құрғақшылық аймақтардағы агроценоздардың өнімділігін арттыру үшін экологиялық қауіпсіз ылғал сақтаушы агенттер ретінде пайдаланудың жоғары перспективасын айқындайды.

Downloads

Download data is not yet available.

Автор өмірбаяндары

  • Ерлан Досжанов, «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ; «Жану проблемалары институты» РМК

    PhD, доцент; Нанобиотехнологиялар зертханасының меңгерушісі

  • Дана Ахметжанова, «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ; «Жану проблемалары институты» РМК

    докторант; кіші ғылыми қызметкер

  • Арман Жумажанов, «Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті» КеАҚ; «Жану проблемалары институты» РМК

    докторант; жоғары санатты лаборант

  • Оспан Досжанов, «Алматы технологиялық университеті» АҚ

    техника ғылымдарының кандидаты, қауымдастырылған профессор

  • Зере Нұрбол, Жаратылыстану-математикалық бағыттағы Назарбаев Зияткерлік мектебі

    11-сынып оқушысы

  • Мағжан Оспан, JOO High School

    10-сынып оқушысы

Әдебиеттер тізімі

1. Abdolla, N. S., Nysanbaeva, A. S., & Äbdіrazaq, A. K. (2024). Changes in air temperature in Kyzylorda region during 1961–2020 (Qyzylorda oblysyndagy aua temperaturasynyn 1961–2020 zhyldar aralygynda özgeruі in Kazakh). Hydrometeorology and Ecology (Gidrometeorologiya zhane ekologia), 1(112), 65–76. https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-112-1-65-78 DOI: https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-112-1-65-78

2. Abhishek, K., Shrivastava, A., Vimal, V., Gupta, A. K., Bhujbal, S. K., Biswas, J. K., & Kumar, M. (2022). Biochar application for greenhouse gas mitigation, contaminants immobilization and soil fertility enhancement: a state-of-the-art review. Science of the Total Environment, 853, 158562. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158562 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.158562

3. Afshar, M., & Mofatteh, S. (2024). Biochar for a sustainable future: environmentally friendly production and diverse applications. Results in Engineering, 23, 102433. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102433 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102433

4. Akhmetzhanova, D., Sabitov, A., Doszhanov, Y., Atamanov, M., Saurykova, K., Zhumazhanov, A., Atamanova, T., Kerimkulova, A., Velasco, L. F., Zhumagalieva, A., Jandosov, J., & Doszhanov, O. (2025). Zeolites and activated carbons in hydroponics: a systematic review of mechanisms, performance metrics, techno-economic analysis and life-cycle assessment. Sustainability, 17(24), 10977. https://doi.org/10.3390/su172410977 DOI: https://doi.org/10.3390/su172410977

5.Ayaz, M., Feizienė, D., Tilvikienė, V., Akhtar, K., Stulpinaitė, U., & Iqbal, R. (2021). Biochar role in the sustainability of agriculture and environment. Sustainability, 13, 1330. https://doi.org/10.3390/su13031330 DOI: https://doi.org/10.3390/su13031330

6. Bardestani, R., Patience, G. S., & Kaliaguine, S. (2019). Experimental methods in chemical engineering: specific surface area and pore size distribution measurements - BET, BJH, and DFT. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 97(11), 2781–2791. https://doi.org/10.1002/cjce.23632 DOI: https://doi.org/10.1002/cjce.23632

7. Barrett, E. P., Joyner, L. G., & Halenda, P. P. (1951). The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. Journal of the American Chemical Society, 73(1), 373–380. https://doi.org/10.1021/ja01145a126 DOI: https://doi.org/10.1021/ja01145a126

8. Brar, B., Saharan, B. S., Seth, C. S., Kamboj, A., Bala, K., Rajput, V. D., & Duhan, J. S. (2024). Nanobiochar: Soil and plant interactions and their implications for sustainable agriculture. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 103077. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2024.103077 DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2024.103077

9. Chen, L., Chen, Q., Rao, P., Yan, L., Shakib, A., & Shen, G. (2018). Formulating and optimizing a novel biochar-based fertilizer for simultaneous slow-release of nitrogen and immobilization of cadmium. Sustainability, 10(8), 2740. https://doi.org/10.3390/su10082740 DOI: https://doi.org/10.3390/su10082740

10. Dadhich, A. (2022). Engineered biochar as feed supplement and other husbandry applications. In Engineered biochar: fundamentals, preparation, characterization and applications (pp. 319–329). Springer Nature Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-19-2488-0_17 DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-19-2488-0_17

11. Doszhanov, E. O., Sabitov, A. N., Mansurov, Z. A., Doszhanov, O. M., Zhandosov, Zh. M., & Rakhymzhan, N. (2023). Method for obtaining sorbent from plant raw materials (Sposob polucheniya sorbenta iz rastitelnogo syr’ya in Russian) [Patent RK No. 8681]. https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/DownLoadFilePdf?patentId=382949&lang=ru

12. Doszhanov, Y., Atamanov, M., Jandosov, J., Saurykova, K., Bassygarayev, Z., Orazbayev, A., & Sabitov, A. (2024). Preparation of granular organic iodine and selenium complex fertilizer based on biochar for biofortification of parsley. Scientifica, 2024, 6601899. https://doi.org/10.1155/2024/6601899

13. Feng, W., Wang, T., Yang, F., Cen, R., Liao, H., & Qu, Z. (2023). Effects of biochar on soil evaporation and moisture content and the associated mechanisms. Environmental Sciences Europe, 35(1), 66. https://doi.org/10.1186/s12302-023-00776-7 DOI: https://doi.org/10.1186/s12302-023-00776-7

14. Hiremath, M. N., Shivayogimath, C. B., & Shivalingappa, S. N. (2012). Preparation and characterization of granular activated carbon from corn cob by KOH activation. International Journal of Research in Chemistry and Environment, 2(3), 84–87.

15. Jedynak, K., & Charmas, B. (2024). Adsorption properties of biochars obtained by KOH activation. Adsorption, 30(2), 167–183. https://doi.org/10.1007/s10450-023-00399-7 DOI: https://doi.org/10.1007/s10450-023-00399-7

16. Lesk, C., Rowhani, P., & Ramankutty, N. (2016). Influence of extreme weather disasters on global crop production. Nature, 529(7584), 84–87. https://doi.org/10.1038/nature16467 DOI: https://doi.org/10.1038/nature16467

. Maleki, A., & Bozorg, A. (2023). Algal biochar of unique structure as a robust alternative to manipulate mixed-matrix membranes performance and fouling resistance. Results in Engineering, 18, 101043. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101043 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101043

18. McLaren, R. L., Laycock, C. J., Brousseau, E., & Owen, G. R. (2021). Examining slit pore widths within plasma-exfoliated graphitic material utilizing Barrett–Joyner–Halenda analysis. New Journal of Chemistry, 45, 12071–12080. https://doi.org/10.1039/D1NJ01702K DOI: https://doi.org/10.1039/D1NJ01702K

19. Mopoung, S., Udeye, V., Viruhpintu, S., Yimtragool, N., & Unhong, V. (2020). Water treatment for fish aquaculture system by biochar-supplemented planting panel system. The Scientific World Journal, 2020, 7901362. https://doi.org/10.1155/2020/7901362 DOI: https://doi.org/10.1155/2020/7901362

20. Ndede, E. O., Kurebito, S., Idowu, O., Tokunari, T., & Jindo, K. (2022). The potential of biochar to enhance the water retention properties of sandy agricultural soils. Agronomy, 12(2), 311. https://doi.org/10.3390/agronomy12020311 DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy12020311

21. Sabitov, A., Atamanov, M., Doszhanov, O., Saurykova, K., Tazhu, K., Kerimkulova, A., & Doszhanov, Y. (2024). Surface characteristics of activated carbon sorbents obtained from biomass for cleaning oil-contaminated soils. Molecules, 29(16), 3786. https://doi.org/10.3390/molecules29163786 DOI: https://doi.org/10.3390/molecules29163786

22. Sabitov, A. N., Doszhanov, E. O., Turganbai, S., & Nurbolatuly, D. (2024). Method for obtaining granular fertilizer based on biochar (Sposob polucheniya granulirovannogo udobreniya na osnove pirouglya in Russian) [Patent RK No. 8791]. https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/DownLoadFilePdf?patentId=383847&lang=ru DOI: https://doi.org/10.1155/2024/6601899

23.Hagemann, N., Spokas, K., Schmidt, H.-P., Kägi, R., Böhler, M. A., & Bucheli, T. D. (2018) Activated carbon, biochar and charcoal: linkages and synergies across pyrogenic carbon’s ABCs. Water, 10, 182. https://doi.org/10.3390/w10020182 DOI: https://doi.org/10.3390/w10020182

24. Saletnik, B., Zaguła, G., Bajcar, M., Tarapatskyy, M., Bobula, G., & Puchalski, C. (2019). Biochar as a multifunctional component of the environment. Applied Sciences, 9, 1139. https://doi.org/10.3390/app9061139 DOI: https://doi.org/10.3390/app9061139

25.Schmidt, H. P., Hagemann, N., Draper, K., & Kammann, C. (2019). The use of biochar in animal feeding. PeerJ, 7, e7373. https://doi.org/10.7717/peerj.7373 DOI: https://doi.org/10.7717/peerj.7373

26.Williams, N. E., Oba, O. A., & Aydinlik, N. P. (2022). Modification, production, and methods of KOH-activated carbon. ChemBioEng Reviews, 9(2), 164–189. https://doi.org/10.1002/cben.202100030 DOI: https://doi.org/10.1002/cben.202100030

27. Zhumagulov, I. I., & Satbaldieva, Zh. Zh. (2024). Analysis of the influence of meteorological conditions on the productivity of spring wheat in 2023 based on the Tayinsha meteorological station of North Kazakhstan region (Analiz vliyaniya meteorologicheskikh usloviy na produktivnost’ yarovoy pshenitsy v 2023 godu na primere meteorologicheskoy stantsii Tayinsha Severo-Kazakhstanskoy oblasti in Russian). Hydrometeorology and Ecology (Gidrometeorologiya i ekologia), 3(114), 51–58. https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-114-3-51-59 DOI: https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-114-3-51-59

28. Rahi, A. A., Younis, U., Ahmed, N., Ali, M. A., Fahad, Sh., Sultan, H., Zarei, T., Danish, S., Taban, S., Enshasy, H. A. E., Tamunaidu, P., Alotaibi, J. M., Alharbi, S. A., & Datta, R. (2022). Toxicity of cadmium and nickel in the context of applied activated carbon biochar for improvement in soil fertility. Saudi Journal of Biological Sciences, 29, 2, 743-750. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.09.035 DOI: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.09.035

29. Rizhiya, E. Y., Buchkina, N. P., & Balashov, E. V. (2020). Influence of biochar on the content of mineral nitrogen forms in sod-podzolic loamy sand soil with different degrees of cultivation (Vliyanie biouglya na soderzhanie mineral'nyh form azota v dernovo-podzolistoj supeschanoj pochve s raznoj stepen'yu okul'turennosti in Russian). Soil Science (Pochvovedenie), 6, 727–736. https://doi.org/10.31857/S0002188120060095 DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188120060095

30. Sviderskiy, S. A., Morozova, Ya. V., Grabchak, A. A., Kulikova, M. V., & Maksimov, A. L. (2025). CO2 hydrogenation reaction on biochar-based catalysts (Reakciya gidrirovaniya CO2 na katalizatorah na osnove biouglya in Russian). Petrochemistry (Neftekhimiya), 63(2), 239-249. https://doi.org/10.31857/S0028242123020089 DOI: https://doi.org/10.31857/S0028242123020089

31. Fan, Y., Su, J., Wang, Z., Liu, S., Li, X., & Hou, C. (2023). Improvement of the specific surface area of biochar by calcium-precipitated nanoparticles synthesized by microbial induction as a template skeleton: Removal mechanism of tetracycline in water. Journal of Environmental Management, 348, 119279. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119279 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119279

32. Khan, S., Irshad, S., Mehmood, K., Hasnain, Z., Nawaz, M., Rais, A., Gul, S., Wahid, M. A., Hashem, A., & Abd Allah, E. F. (2024). Biochar production and characteristics, its impacts on soil health, crop production, and yield enhancement: a review. Plants, 13(2), 166. https://doi.org/10.3390/plants13020166 DOI: https://doi.org/10.3390/plants13020166

33. Kumar, R., Kumar, M., Chand, G. S., Parihar, M. S., Kundu, R., & Khandelwal, A. (2020). Hydrogel and its effect on soil moisture status and plant growth: a review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 9(3), 1746–1753. https://www.researchgate.net/publication/348927854_Hydrogel_and_its_effect_on_soil_moisture_status_and_plant_growth_A_review

Жүктеулер

Жарияланды

2026-04-03

Журналдың саны

Нөмір 154 № 1 (2026):

Бөлім

Мақалалар

Лицензия

Авторлық құқық (c) 2026 Ерлан Досжанов, Дана Ахметжанова, Арман Жумажанов, Оспан Досжанов, Зере Нұрбол, Мағжан Оспан (Автор)

Creative Commons лицензиясы

Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-Коммерциялық емес 4.0 халықаралық лицензиясы.

Дәйексөзді қалай келтіруге болады

Ауыл шаруашылығында ылғалды сақтауды арттыру мақсатында активтендірілген көмірді биомассадан дайындау мен оңтайландыру. (2026). Journal of Ecology and Sustainability, 154(1), 77-92. https://doi.org/10.32523/5da1jn33

Ұқсас мақалалар

Бұл мақала үшін Кеңейтілген нұсқалар бойынша ұқсас мақалаларды іздеу.