Desenvolvimento de fertilizantes de eficiência aprimorada: uso de biopolímeros como matrizes para liberação de nutrientes

Autor(es)

Lucas Luiz Messa

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Pirassununga.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Zootecnica e Engenharia de Alimentos (FZE/BT)
• Data de defesa: 2022-02-23

Membros da banca

Roselena Faez; André Ricardo Fajardo; Adriana de Campos Pastre; Luiz Antonio Pessan; Walter Ruggeri Waldman

• Orientador: Roselena Faez

Resumo

Fertilizantes de eficiência aprimorada (FEA) são sistemas capazes de retardar a disponibilidade do conteúdo nutricional de plantas, minimizando a poluição ambiental ao reduzir a perda de insumos agrícolas durante a aplicação. Pesquisas recentes destacam o uso de várias fontes naturais e biodegradáveis no desenvolvimento desses FEAs, em especial biopolímeros, devido à suas características intrínsecas de biodegradabilidade, caráter atóxico e renovabilidade a custo relativamente baixo. No entanto, o uso de biopolímeros no desenvolvimento de FEA comumente requer a adição de produtos químicos extras, abrangendo a incorporação de polímeros sintéticos, agentes de reticulação, iniciadores de polimerização, solventes orgânicos, líquidos iônicos, etc., ou processos de produção complexos e caros para aplicações agrícolas. Tendo isso em vista, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver novos FEAs à base biopolímeros com um mínimo uso de compostos químicos adicionais. Para isso, diversos experimentos foram conduzidos visando: i) desenvolver FEAs à base de quitosana e celulose individualmente ou em combinação; ii) caracterizar as propriedades em busca da melhor condição para sintetizar FEAs; iii) propor soluções para os desafios encontrados durante o processo de produção; iv) e elucidar a relação da estrutura química e mecanismos de liberação. Em suma, celulose foi extraída do bagaço de cana-de-açúcar empregando três métodos de extração bem estabelecidos na literatura, e depois derivados celulósicos foram facilmente produzidos via hidrólise ácida e fosforilação química para posterior uso no desenvolvimento de FEA. A combinação de quitosana, nanofibras de celulose sulfatada (S-CNF) e fertilizante NPK, seguido da secagem por spray-drying rendeu micropartículas com comportamento de liberação ajustável em função do teor de fertilizante e da concentração de S-CNF na composição, liberando um máximo de 48, 78, e 96% de H2PO4-, NH4+ e K+ no período de 24 h, respectivamente. Como uma estratégia mais simples e sem requerer produtos químicos adicionais, FEAs foram produzidos a partir de suspensões aquosas de celulose fosforilada carregadas com fertilizante NPK seguido de secagem via spray-, freeze- ou oven-drying. As diferentes estruturas sólidas obtidas, sendo elas: micropartículas, sólidos porosos tridimensionais (3D) e filmes tiveram comportamento de liberação regulado pela razão de cargas aniônicas/catiônicas (celulose-O-HPO3-/cátion+) juntamente com os métodos de secagem, atingindo 58, 60 e 89% de íons NH4+, K+ e H2PO4- liberados após 7 dias. Em conclusão, tais abordagens demonstraram ser eficazes no controle das propriedades de liberação de sistemas à base de celulose e/ou quitosana, para ser biodegradável e renovável, aumentando assim o potencial de uso de biopolímeros no desenvolvimento de FEA. Esses resultados são de grande importância e claramente indicam que os materiais biopoliméricos desenvolvidos possibilitam melhorias significativas em tecnologias para a liberação de fertilizantes. (AU)

• Processo FAPESP: 17/03980-7 - Biocompósitos ferti-liberadores à base de quitosana e celulose obtidos pela técnica spray drying
• Beneficiário: Lucas Luiz Messa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto