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

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Messa, Lucas Luiz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Cellulose nanofibers; Celulose fosforilada; Chitosan; Drying methods; Fósforo; Macronutrientes de plantas; Métodos de secagem; Nanofibras de celulose; Nitrogen; Nitrogênio; Phosphorus; Phosphorylated cellulose; Plant macronutrients; Potássio; Potassium; Quitosana
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74133/tde-02082022-160722/

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.