Biochar telah memicu minat yang besar dalam remediasi tanah yang terkontaminasi oleh polutan lingkungan yang berbeda (organik dan anorganik) karena nilai multifungsinya sebagai pembenah tanah kurang baik.Biochar terlibat dalam remediasi polutan organik dalam tanah melalui berbagai proses, baik secara langsung (melalui imobilisasi polutan) atau secara tidak langsung (dengan mempengaruhi aktivitas metabolisme dan degradasi tanah). Penyerapan langsung polutan organik menjadi biochar dapat mengurangi mobilitas, bioavailabilitas, dan toksisitas polutan dalam tanah.Polutan organik dapat diimobilisasi di dalam tanah melalui sejumlah interaksi dengan biochar, termasuk pengisian pori, interaksi elektrostatik, partisi, interaksi donor elektron dan akseptor, interaksi hidrofobik, dan interaksi donor-akseptor elektron π–π. Fraksi biochar yang terkarbonisasi memediasi adsorpsi (daya tarik elektrostatik dan interaksi biochar-polutan nonpolar), sedangkan fraksi biochar yang tidak terkarbonisasi memediasi partisi.Kedua mekanisme penyerapan terutama bergantung pada suhu pirolisis, dengan partisi mendominasi pada suhu pirolisis rendah (<400 °C) dan adsorpsi mendominasi pada suhu pirolisis tinggi (>500 °C).
Secara umum, efektivitas penyerapan biochar ditentukan oleh sifat-sifatnya (misalnya porositas, aromatisitas, kebasaan, luas permukaan spesifik, dan gugus fungsi permukaan), serta polutan organik (misalnya ukuran molekul dan hidrofobik) dan tanah. (misalnya, bahan organik, kandungan tanah liat, struktur komunitas mikroba, pH, dan tekstur) selain faktor lingkungan lain yang mengatur mobilitas polutan. Luas permukaan, porositas, aromatisitas, dan polaritas biochar dianggap sebagai sifat paling kritis yang menentukan penyerapan polutan organik dan dipengaruhi oleh jenis bahan baku, kondisi pirolitik, dan proses pengolahan pascaproduksi. Peningkatan suhu pirolisis meningkatkan luas permukaan dan jumlah mikropori biochar serta meningkatkan penyerapan polutan organik melalui pengisian pori dan interaksi hidrofobik.Kecenderungan ini terkait dengan laju dekomposisi bahan baku dan jumlah zat terbang yang dilepaskan selama proses karbonisasi. Misalnya, pengisian pori terjadi akibat adanya mesopori dan mikropori pada permukaan biochar; senyawa volatil yang mengisi mikropori dilepaskan pada suhu pirolisis yang lebih tinggi, meninggalkan pori-pori internal yang tersedia untuk mikrobiota tanah rumah dan menyerap polutan organik.
Berbeda dengan biochar yang terbuat dari biomassa lignoselulosa (kayu dan sisa tanaman), biochar yang dibuat dari NLB (misalnya lumpur limbah, kotoran hewan, rambut, dan ganggang) memiliki luas permukaan yang lebih kecil, kandungan karbon yang lebih rendah, dan kapasitas pertukaran kation yang lebih tinggi, bahkan pada temperatur pirolisis yang lebih tinggi. Perbedaan ini mungkin terkait dengan kandungan selulosa, hemiselulosa, dan lignin, serta tingkat kelembapan dalam biomassa.tetapi jumlah ruang udara internal dalam material pada permulaan pirolisis sangat penting dan berkontribusi pada pembentukan pori-pori melalui pembakaran parsial dan menyediakan rute fisik bagi VOC untuk keluar. Dalam hal ini, sangat penting untuk memiliki pemahaman yang seimbang dan holistik untuk menghasilkan dan menerapkan biochar dengan sifat yang diinginkan untuk perbaikan tanah.
Interaksi elektrostatik sangat penting untuk adsorpsi biochar dari polutan organik ionik. Selain gugus hidrofobik, banyak gugus permukaan biochar juga bermuatan negatif, yang dapat membantu pengikatan elektrostatik polutan organik kationik. Interaksi elektrostatik tergantung pada gugus fungsi biochar. Suhu pirolisis rendah telah terbukti menghasilkan biochar dengan gugus fungsi yang lebih banyak daripada biochar yang dihasilkan pada suhu tinggi. Selain itu, hidrofobisitas biochar sangat penting untuk adsorpsi kontaminan organik netral dan hidrofobik. Biochar dengan tingkat oksidasi permukaan yang rendah seringkali bersifat hidrofobik dan mampu melumpuhkan organik hidrofobik melalui partisi dan adsorpsi hidrofobik. Aromatisitas dari biochar dan polutan dianggap sangat mempengaruhi interaksi elektron donor-akseptor π–π antara biochar dan adsorbat, yang pada gilirannya dapat mempengaruhi proses adsorpsi. Awan π-elektron dari fragmen aromatik biochar dapat berinteraksi secara nonkovalen dengan anion, kation, gugus fungsi donor proton, dan awan π-elektron dari polutan aromatik target; oleh karena itu, interaksi donor-akseptor elektron π–π dianggap sebagai mekanisme dominan dalam penyerapan organik aromatik oleh biochar. Meskipun penyerapan polutan organik menjadi biochar adalah strategi yang menjanjikan untuk mengimobilisasi polutan organik di dalam tanah dan meminimalkan efek merugikannya terhadap fungsi ekologis, itu bukan solusi pasti untuk remediasi tanah karena polutan yang terserap dapat tetap berada di tanah dengan kemungkinan efek toksik jangka panjang. , yang membutuhkan strategi lain untuk menghilangkan polutan organik yang tidak bergerak dari tanah. Biochar fungsional dapat disiapkan dengan modifikasi kimia dan fisik dari biochar mentah atau dengan menghamilinya dengan mineral atau komposit ( nano ) , atau dengan melengkapinya dengan mikroorganisme tertentu untuk meningkatkan kapasitas penyerapan atau remediasi sehubungan dengan polutan organik tertentu.
Mekanisme langsung penghilangan polutan oleh biochar juga dapat terjadi melalui degradasi polutan oleh biochar itu sendiri atau oleh bahan komposit ( nano ) yang didukung biochar . Pada dasarnya, radikal bebas yang dihasilkan oleh biochar dapat bereaksi dengan oksigen (O 2 ) untuk menghasilkan radikal hidroksil (•OH) dan/atau mengaktifkan S 2 O 8 2– atau H 2 O 2 untuk menghasilkan spesies oksigen reaktif [ • OH, radikal sulfat ( SO 4 •– ), dan radikal superoksida (O 2 •– )], yang kemudian memediasi oksidasi/degradasi polutan organik. Di hadapan oksidan eksternal, bagian aktif redoks dari biochar dapat bertindak sebagai pembawa elektron, berinteraksi dengan oksidan dan meningkatkan pembentukan radikal bebas pengoksidasi kuat, yang sangat penting untuk degradasi polutan organik. Jenis biochar yang berbeda, diproduksi dari bahan baku yang berbeda, dipirolisis pada temperatur yang berbeda, dan/atau dimodifikasi dengan metode yang berbeda, telah digunakan untuk mengolah polutan organik di berbagai jenis tanah yang terkontaminasi, dan tingkat aplikasinya.
English