Obtenção de sachês biodegradáveis de amido reforçados com nanopartículas de CuO para liberação de nutrientes minerais
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13900 |
Resumo: | Fertilizers have been used as agricultural inputs to allow maximum yield during the growth of crops. One of the significant challenges is the efficiency of the plant's nutritional process. It is necessary to use excessive amounts of nutrients to minimize losses due to leaching and aerial dispersion processes, leading to economic and environmental contamination. Potassium is one of the essential fertilizers used in agriculture, and like the others, it is mainly provided by import. Thus, the present research project aimed to develop biodegradable starch sachets for packaging and potassium fertilizer release. However, starch materials are subject to the loss of initial characteristics due to the degenerative retrogradation effect, high hygroscopicity, and easy proliferation of microorganisms, decreasing the shelf life until application in the field. In this sense, for the best performance, the presence of citric acid was evaluated, aiming at the esterification of starch and the insertion of faujasite zeolite (FAU) reinforcement materials modified with Cu2+ and CuO nanoparticulate ions. Copper is one of the micronutrients used to develop plants and presents antimicrobial properties, enabling more remarkable preservation of sachets. The CuO nanoparticles and the FAU were obtained by quicky precipitation and the hydrothermal treatment methods, respectively. The processing of the films that make up the sachet was carried out from the homogenization of the starch under temperature, in the presence of water and urea, acting as plasticizer and source of nitrogen for the plants, followed by thermo-pressing. In the starch films, it was possible to obtain a matrix with 25% (w/w) of urea, enabling the polymeric matrix to be more ductile. When inserting the reinforcement materials, it was possible to verify that CuO at a concentration of 1% (w/w) showed an increase in tensile strength of about 120%, a result similar to that found for the FAU reinforced film in the concentration of 3% (w /w) and with the presence of citric acid. All copper-containing films showed a fungistatic effect for the fungus Alternaria alternata, a microorganism very susceptible to sources rich in carbohydrates. Besides, the film containing 1% (w/w) CuO of nanoparticles showed protection against visible and ultraviolet radiation. In the release of KCl in sachets, it was possible to observe K+ ions rapid availability when coming into direct contact with the aqueous medium, thus enabling a quick action with the external medium. Upon the release of urea, all sachets showed a similar value after 60 days, indicating equivalent matrix degradation. For the Cu2+ nutrient, it was possible to observe that the FAU film with citric acid below releases the ion, possibly due to the more stabilization of the cation in the matrix. In this way, starch sachets were obtained with promising properties that increase fertilizer commercial application viability. |
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Potassium is one of the essential fertilizers used in agriculture, and like the others, it is mainly provided by import. Thus, the present research project aimed to develop biodegradable starch sachets for packaging and potassium fertilizer release. However, starch materials are subject to the loss of initial characteristics due to the degenerative retrogradation effect, high hygroscopicity, and easy proliferation of microorganisms, decreasing the shelf life until application in the field. In this sense, for the best performance, the presence of citric acid was evaluated, aiming at the esterification of starch and the insertion of faujasite zeolite (FAU) reinforcement materials modified with Cu2+ and CuO nanoparticulate ions. Copper is one of the micronutrients used to develop plants and presents antimicrobial properties, enabling more remarkable preservation of sachets. The CuO nanoparticles and the FAU were obtained by quicky precipitation and the hydrothermal treatment methods, respectively. The processing of the films that make up the sachet was carried out from the homogenization of the starch under temperature, in the presence of water and urea, acting as plasticizer and source of nitrogen for the plants, followed by thermo-pressing. In the starch films, it was possible to obtain a matrix with 25% (w/w) of urea, enabling the polymeric matrix to be more ductile. When inserting the reinforcement materials, it was possible to verify that CuO at a concentration of 1% (w/w) showed an increase in tensile strength of about 120%, a result similar to that found for the FAU reinforced film in the concentration of 3% (w /w) and with the presence of citric acid. All copper-containing films showed a fungistatic effect for the fungus Alternaria alternata, a microorganism very susceptible to sources rich in carbohydrates. Besides, the film containing 1% (w/w) CuO of nanoparticles showed protection against visible and ultraviolet radiation. In the release of KCl in sachets, it was possible to observe K+ ions rapid availability when coming into direct contact with the aqueous medium, thus enabling a quick action with the external medium. Upon the release of urea, all sachets showed a similar value after 60 days, indicating equivalent matrix degradation. For the Cu2+ nutrient, it was possible to observe that the FAU film with citric acid below releases the ion, possibly due to the more stabilization of the cation in the matrix. In this way, starch sachets were obtained with promising properties that increase fertilizer commercial application viability.Fertilizantes tem sido utilizados como insumos agrícolas, de forma a possibilitar o máximo rendimento durante o crescimento de cultivos. Um dos grandes desafios consiste na eficiência do processo nutritivo das plantas, uma vez que faz-se necessário o uso de quantidade excessivas de nutrientes, de modo a minimizar as perdas decorrentes de processos de lixiviação e dispersão aérea, o que acarreta em perdas econômicas e a contaminação ambiental. O potássio é um dos fertilizantes mais importantes e utilizados na agricultura, e assim como os demais é provido em grande parte via importação. Assim, o presente projeto de pesquisa teve como objetivo desenvolver sachês biodegradáveis de amido para o acondicionamento e liberação do fertilizante potássio. Contudo, materiais de amido estão sujeitos à perda das características iniciais pelo efeito degenerativo da retrogradação, alta higroscopicidade e facilidade à proliferação de microrganismos, diminuindo o tempo de vida em prateleira até a aplicação no campo. Neste sentido, para o melhor desempenho foi avaliado a presença de ácido cítrico, visando a esterificação do amido e a inserção dos materiais de reforço zeólita faujasita (FAU) modificada com íons Cu2+ e CuO nanoparticulado. O cobre é um dos micronutrientes necessários para o desenvolvimento das plantas, além de apresentar propriedades antimicrobianas, possibilitando a maior preservação dos sachês. As nanopartículas de CuO e a FAU foram obtidas pelos métodos de precipitação via injeção a quente e o método de tratamento hidrotérmico, respectivamente. O processamento dos filmes que compõem os sachês foi realizado a partir da homogeneização do amido sob temperatura, em presença de água e ureia, atuando além de plastificante como fonte de nitrogênio para as plantas, seguido por termoprensagem. Nos filmes de amido foi possível obter uma matriz com 25% (m/m) de ureia, o qual possibilitou a maior ductibilidade da matriz polimérica. Ao realizar a inserção dos materiais de reforço foi possível verificar que o CuO na concentração de 1% (m/m) apresentou um aumento da resistência à tração em cerca de 120%, resultado similar ao encontrado para o filme reforçado com FAU na concentração de 3% (m/m) e na presença de ácido cítrico. Todos os filmes contendo cobre apresentaram efeito fungiostático para o fungo Alternaria alternata, um microrganismo bastante susceptível para fontes ricas em carboidratos. Ademais, o filme contendo 1% (m/m) de CuO nanoparticulado apresentou proteção contra radiação ultravioleta e visível. Na liberação de KCl nos sachês foi possível observar a rápida disponibilização dos íons K+ ao entrarem em contato direto com o meio aquoso, possibilitando assim uma rápida resposta ao meio externo. Na liberação da ureia, todos os sachês apresentaram valor similar após 60 dias, indicando equivalente degradação da matriz. Para o nutriente Cu2+ foi possível observar que o filme de FAU com ácido cítrico foi o que mais possibilitou liberar o íon, possivelmente devido à maior estabilização do cátion na matriz. Desta forma, foi possível obter sachês de amido com propriedades promissoras que aumentem a viabilidade para aplicação comercial de fertilizantes.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAmidoÓxido de cobreFertilizanteFaujasitaFilmesNanocompósitoSachêsPotássioENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::MATERIAIS CONJUGADOS NAO METALICOSCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICAObtenção de sachês biodegradáveis de amido reforçados com nanopartículas de CuO para liberação de nutrientes mineraisObtaining biodegradable starch sachets reinforced with CuO nanoparticles to release mineral nutrientsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006002b06dcbe-d595-48de-ad9e-26077464fa04reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_ João Malafatti.pdfTese_ João Malafatti.pdfTese de Doutoradoapplication/pdf4852419https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/3/Tese_%20Jo%c3%a3o%20Malafatti.pdff6d7a771ae868028c60a58c6971e8152MD53Carta comprovante de homologação de tese .pdfCarta comprovante de homologação de tese .pdfapplication/pdf358741https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/4/Carta%20comprovante%20de%20homologa%c3%a7%c3%a3o%20de%20tese%20.pdfa33ac42cb4049898cc02767cc787fcf7MD54CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/5/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD55TEXTTese_ João Malafatti.pdf.txtTese_ João Malafatti.pdf.txtExtracted texttext/plain210277https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/6/Tese_%20Jo%c3%a3o%20Malafatti.pdf.txtcf75cb519dac75e62dc5e9a2b6a806d9MD56Carta comprovante de homologação de tese .pdf.txtCarta comprovante de homologação de tese .pdf.txtExtracted texttext/plain1446https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/8/Carta%20comprovante%20de%20homologa%c3%a7%c3%a3o%20de%20tese%20.pdf.txtd62eb98d41182555d0c050e15cf9719fMD58THUMBNAILTese_ João Malafatti.pdf.jpgTese_ João Malafatti.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9235https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/7/Tese_%20Jo%c3%a3o%20Malafatti.pdf.jpg4343c94808c3668f6a7101a9433421d2MD57Carta comprovante de homologação de tese .pdf.jpgCarta comprovante de homologação de tese .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12139https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13900/9/Carta%20comprovante%20de%20homologa%c3%a7%c3%a3o%20de%20tese%20.pdf.jpg836d597211fa581d9319c6067301b3beMD59ufscar/139002023-09-18 18:32:07.056oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13900Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:07Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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