Avaliação do processo de vulcanização inversa visando a aplicação na produção de fertilizantes
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10772 |
Resumo: | Sulfur (S) is an essential macronutrient for crop development, nevertheless, its deficiency in agricultural soils has become increasingly alarming in the last decades. Despite elemental sulfur (S8) being a widely utilized commercial alternative, plant uptake is only possible after its biological oxidation to sulfate (SO42-), a slow process that considerably reduces the compounds efficiency. The present research proposed the synthesis of a new sulfur fertilizer based on the chemical modification of S8 rings into a linear structure, more available to the oxidizing microorganisms. In order to do that, the copolymerization technique entitled inverse vulcanization was conducted, which resolves S8 processing issues while also applying environmentally sustainable principles. Chemically stable and functional polymeric-sulfur products were obtained via copolymerization between S8 and soybean oil, and copolymers with porous structure were also prepared using NaCl as porogen agent. Physical-chemical characterizations exhibited the structural and morphological changes. FTIR showed the absence of bands related to C=C bonds in the products spectra and the appearance of S-S stretching band, while XRD exhibited the materials amorphous character. DSC revealed that part of the sulfur was not converted into the polymer, remaining dispersed in the matrix as S8. Oxidation experiments in submerged cultivation with A. niger proved the polymeric-sulfur materials are capable of significantly improving the oxidation process, with percentages more than 50% superior than the ones reached by S8. The oxidation test in soil revealed that the porous structure greatly enhanced the polymer efficiency, producing 1818% more sulfate than S8 in 58 days of incubation. The hydrocarbon content in the materials also contributed for the better performance as a source of carbon and energy for the oxidizing microorganisms. Based on these results, the developed materials show great potential as multifunctional sulfur fertilizers, with ideal physical-chemical and processing properties for this kind of products and agronomic capacity to increase sulfate availability for plant uptake. |
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The present research proposed the synthesis of a new sulfur fertilizer based on the chemical modification of S8 rings into a linear structure, more available to the oxidizing microorganisms. In order to do that, the copolymerization technique entitled inverse vulcanization was conducted, which resolves S8 processing issues while also applying environmentally sustainable principles. Chemically stable and functional polymeric-sulfur products were obtained via copolymerization between S8 and soybean oil, and copolymers with porous structure were also prepared using NaCl as porogen agent. Physical-chemical characterizations exhibited the structural and morphological changes. FTIR showed the absence of bands related to C=C bonds in the products spectra and the appearance of S-S stretching band, while XRD exhibited the materials amorphous character. DSC revealed that part of the sulfur was not converted into the polymer, remaining dispersed in the matrix as S8. Oxidation experiments in submerged cultivation with A. niger proved the polymeric-sulfur materials are capable of significantly improving the oxidation process, with percentages more than 50% superior than the ones reached by S8. The oxidation test in soil revealed that the porous structure greatly enhanced the polymer efficiency, producing 1818% more sulfate than S8 in 58 days of incubation. The hydrocarbon content in the materials also contributed for the better performance as a source of carbon and energy for the oxidizing microorganisms. Based on these results, the developed materials show great potential as multifunctional sulfur fertilizers, with ideal physical-chemical and processing properties for this kind of products and agronomic capacity to increase sulfate availability for plant uptake.O enxofre (S) é um macronutriente essencial para o desenvolvimento das colheitas, contudo, sua deficiência em solos agrícolas tem se tornado cada vez mais preocupante nas últimas décadas. Apesar de o enxofre elementar (S8) ser uma alternativa comercial amplamente utilizada, sua absorção pelas plantas só é possível após oxidação biológica do composto a sulfato (SO42-), um processo lento que reduz substancialmente sua eficiência. O presente trabalho propôs a síntese de um novo fertilizante de enxofre baseado na modificação química dos anéis de S8 para uma estrutura linear mais disponível aos microrganismos oxidantes. Para isso, foi escolhida a técnica de copolimerização intitulada vulcanização inversa, a qual contorna os problemas de processamento do S8 adotando princípios ambientalmente sustentáveis. Produtos estáveis e funcionais, ricos em enxofre polimérico, foram obtidos por copolimerização entre o S8 e o óleo de soja. Copolímeros com estrutura porosa também foram sintetizados empregando NaCl como agente de porogênese. As caracterizações físico-químicas elucidaram mudanças estruturais e morfológicas das amostras. O FTIR mostrou o desaparecimento de bandas relativas à ligação C=C no espectro dos produtos e o surgimento de banda de estiramento S-S, enquanto o DRX evidenciou o caráter amorfo dos materiais. O DSC revelou que parte do enxofre não foi convertida em polímero, permanecendo disperso na matriz como S8. O experimento de oxidação em meio de cultura submerso com A. niger comprovou que os materiais de S-polimérico são capazes de otimizar significativamente o processo oxidativo, com percentuais superando em mais de 50% o atingido pelo S8. O ensaio de oxidação em solo mostrou que a introdução de poros no polímero potencializou ainda mais sua eficiência, produzindo 1818% a mais de sulfato do que o S8 em 58 dias de incubação. Os resultados indicaram ainda que o teor de hidrocarbonetos nos produtos também colaborou para o melhor desempenho, atuando como fonte de carbono e energia para os microrganismos oxidantes. Com base nestes resultados, os materiais desenvolvidos despontam como fertilizantes multifuncionais de enxofre, com propriedades físico-químicas e processabilidade ideais para este tipo de produto e potencial agronômico para aumentar a disponibilidade de sulfato para a assimilação vegetal.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 133960/2017-0porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarFertilizanteEnxofre elementarVulcanização inversaOxidaçãoÓleo de sojaPolissulfetoFertilizerElemental sulfurInverse vulcanizationOxidationSoybean oilPolysulfideCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICAAvaliação do processo de vulcanização inversa visando a aplicação na produção de fertilizantesEvaluation of the inverse vulcanization process for fertilizer production applicationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6 meses após a data da defesa19447b82-be97-4aec-a6e8-de69229cbfdeinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDISSERTAÇÃO COMPLETA - STELLA FORTUNA DO VALLE2.pdfDISSERTAÇÃO COMPLETA - STELLA FORTUNA DO VALLE2.pdfDissertação Completaapplication/pdf3405954https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10772/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20COMPLETA%20-%20STELLA%20FORTUNA%20DO%20VALLE2.pdf56369011cadf95aad885e3e7724d2da0MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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