Desenvolvimento de fertilizante nano-estruturado para liberação lenta de nitrogênio

Abstract

Resumo: A nível mundial, um total de 9 bilhões de habitantes é estimado em 2050, que irá colocar uma forte pressão no sentido de um aumento do rendimento da produção de cereais. Sistemas inteligentes para a entrega de nutrientes são estratégias interessantes para aumentar a produtividade das terras cultivadas. Alginato, celulose e nanopartículas de sílica biogênicas foram escolhidos para preparar grânulos para encapsular nitrogênio e controlar a sua liberação. Resumidamente, as esferas foram sintetizadas como se segue: as misturas que continham nitrato de amônio, alginato de sódio, nanofibrilas de celulose e de sílica biogênica foram preparados. Cada mistura foi adicionada gota a gota a uma solução de reticulação, composta por de cloreto de cálcio. Após a reação de formação do grão, o material obtido foi filtrado e seco a 60°C. Os grânulos são formados por N (14-21 %), Cl (12-16 %), Ca (~ 6 %), Si (0-15 %), além da matéria orgânica. Difratogramas de raios-X indicaram a transformação de nitrato de amônio em cloreto de amônio. As imagens de SEM-EDS mostram a morfologia dos grânulos que variam de acordo com o teor de sílica, que foi principalmente relacionado com a formação da casca ou não. A área de superfície específica dos grânulos aumenta com o teor aumento do teor de sílica. Os ensaios de liberação foram efetuados utilizando a norma adequada. Realizados os ensaios, foi observado que o baixo teor de sílica apresentou liberação controlada do nitrogênio. Nessas composições os sistemas seguem os critérios de efeitos de liberação lenta, ou seja, no máximo 15% de liberação em 24 horas e menos de 75% em 28 dias. Portanto, esses fertilizantes possuem potencial para aplicação na agricultura, visando mitigar o impacto ambiental causado pela liberação descontrolada de fertilizantes comuns no solo. Palavras-chave: alginato, nanofibrilas de celulose, sílica biogênica, nitrogênio, agricultura.

Abstract: A total of 9 billion inhabitants is estimated by 2050, which will put a heavy pressure towards an increased cereal yield. Smart systems for nutrient delivery are intelligent strategies to increase the cropland productivity. Alginate, cellulose and biogenic silica nanoparticles were chosen to prepare all-green beads to encapsulate nitrogen and control its release. Briefly, the beads were synthetized as follow: mixtures containing ammonium nitrate, sodium alginate, cellulose nanofibrils and biogenic silica were prepared. Each mixture was dropwise added into a concentrated calcium chloride crosslinking solution. After the bead-forming reaction, the obtained material was filtered off and dried at 60oC. The beads are composed by N (14-21 wt.%), Cl (12- 16wt.%), Ca (~6wt.%), Si (0-15%), besides organic matter. X-ray diffractograms stated the transformation of ammonium nitrate into ammonium chloride. SEM-EDS images showed the morphology of the beads varying according to silica content, which was mostly related to the shell formation or not. The specific surface area of the beads increased by increasing the silica content. The release tests were carried out using the appropriated standard. By doing so, the low silica content was better to control the release of nitrogen. At these compositions the systems follow the criteria of slowrelease purposes, i.e., 15% released after 24h and less than 75% after 28 days. Therefore, these fertilizers have potential for application in agriculture aimed at mitigating the environmental impact caused by the uncontrolled release of common fertilizers in the soil. Keywords: alginate, cellulose nanofibrils, biogenic silica, nitrogen, agriculture.