Desenvolvimento de potenciais fertilizantes sustentáveis de liberação lenta a partir da ativação mecanoquímica de matrizes lamelares naturais ou sintéticas e mono-hidrogeno fosfato de potássio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Borges, Roger
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/56218
Resumo: Orientadores: Prof. Dr. Fernando Wypych (Brasil), Dr.ª Vanessa Prévot (França)
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spelling Borges, RogerPrévot, VanessaUniversidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaInstitut de Chimie de Clermont-FerrandWypych, Fernando2018-09-26T17:02:38Z2018-09-26T17:02:38Z2018https://hdl.handle.net/1884/56218Orientadores: Prof. Dr. Fernando Wypych (Brasil), Dr.ª Vanessa Prévot (França)Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química e l'Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, Université Clermont Auvergne. Defesa : Curitiba, 16/02/2018Inclui referênciasResumo: O presente trabalho descreve o desenvolvimento de fertilizantes de liberação lenta a partir de ativação mecanoquímica de misturas de matrizes lamelares naturais (montmorilonita, talco, crisotila) ou sintéticas (Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) MgAl e MgFe) com mono-hidrogeno fosfato de potássio. Este sal é utilizado na agricultura como fertilizante convencional e é altamente solúvel em água, o que implica em grandes perdas devido a processos de lixiviação ou até mesmo fixação no solo, impossibilitando em todos os casos a utilização dos nutrientes para as plantas. Devido a estas características, existe a necessidade da aplicação de grandes quantidades destes produtos na agricultura. Portanto a ideia principal do projeto é obter o controle do fornecimento tanto dos elementos que compõem o sal quanto dos elementos constituintes das matrizes lamelares, e com isso, diminuir custos com adubação exacerbada potencializando a utilização dos produtos alterando a solubilidade dos íons envolvidos. A metodologia adotada consiste basicamente na moagem dos reagentes variando as condições de processamento, este processo é descrito como ativação mecanoquímica, e na presente tese utilizou-se de forças de atrito e fricção como fonte de energia mecânica. Como reatores para ativação mecanoquímica utilizam-se moinhos, que de acordo com as características de cada moinho é possível realizar estudo sistemático da moagem em diversas situações. No presente estudo foram utilizados três diferentes moinhos: Moinho de zircônia, moinho de bolas de alta energia, e moinho Herzog. Para todos os três moinhos há uma forte influência do tempo de moagem e razão molar dos reagentes submetidos à moagem, além disso, para o moinho de bolas de alta energia observa-se também que a rotação pode influenciar muito no produto formado. Na caracterização das amostras, foram utilizadas diversas técnicas de acordo com a necessidade de cada uma das partes desta tese. No entanto, as técnicas de DRXP, MEV/EDS e RMN MAS mostraram-se altamente importantes para acompanhamento e verificação da efetiva ativação mecanoquímica. A DRXP permitiu observar a manutenção da estrutura ou a amorfização dos precursores ou ainda formação de fase cristalina distintas. A MEV/EDS permitiu investigar mudanças no tamanho das partículas e no desaparecimento de morfologia ordenada, após a ativação mecanoquímica ou ainda a formação de partículas com morfologias distintas e de composição química distinta. As medidas de RMN permitiram observar mudanças nos ambientes químicos envolvidos, sugerindo a formação de compostos metaestáveis entre metais provenientes das matrizes lamelares potássio, fósforo e oxigênio, além de outros possíveis compostos como produtos. Após comprovada a ativação mecanoquímica, nos ensaios de liberação dos nutrientes observou-se para todas as matrizes analisadas comportamento lento de liberação, o percentual de liberação pode ser influenciado pela composição química das matrizes de partida, uma vez que cada uma pode produzir produtos semelhantes e distintos, por exemplo, SiO2 a partir dos argilominerais, sendo o silício ausente nos hidróxidos duplos lamelares. Além disso, as condições de moagem influenciam fortemente não só a formação de produtos diferenciados como também o percentual de liberação. Por fim, há potencial para produção industrial de todos os materiais estudados, pois a metodologia pode ser adaptada para moinhos maiores, tais como o moinho Herzog que inclusive demanda tempos de moagem reduzidos, e ainda os precursores utilizados são de modo geral de baixo custo. PALAVRAS-CHAVE: Fertilizantes de liberação lenta, macronutrientes primários, montmorilonita, talco, crisotila, hidróxidos duplos lamelares, fosfatos solúveis, ativação mecanoquímica.Abstract: The present work describes the development of slow release fertilizers from the mechanochemical activation of mixtures of natural (montmorillonite, talc, chrysotile) or synthetic (Lamellar Double Hydroxides (HDL) MgAl and MgFe) lamellar matrix mixtures with potassium monohydrogen phosphate. This salt is used in agriculture as a conventional fertilizer and is highly soluble in aqueous solution, which implies in large losses due to leaching processes, or even fixation in the soil, making it impossible in all cases to use the nutrients for the plants. Due to these characteristics, there is a need to apply large quantities of these products in agriculture. Therefore, the main idea is to control the supply of both the elements that make up the salt and the constituent elements of the lamellar matrices, and with this, reduce costs with exacerbated fertilization, potentiating the use of the products, altering the solubility of the ions involved. The methodology used basically consists of the milling of the reagents varying the processing conditions, this process is described as a mechanochemical activation, and in the present thesis was used friction and friction forces as a source of mechanical energy. As reactors the mills, according to their intrinsic characteristics it is possible the systematic study of grinding in various situations. In the present study three different mills were used: zirconia mill, high energy ball mill, and Herzog mill. For all three mills there is a strong influence of the grinding time and molar ratio of the reactants submitted to milling; in addition, for the high energy ball mill it is also seen that the rotation can greatly influence the formed product. In the characterization of the samples, several techniques were used according to the need of each part of this thesis. However, the techniques of XRD, SEM / EDX and MAS NMR proved to be highly important for the monitoring and verification of the effective mechano-chemical activation. The DRXP allowed to observe the maintenance of the structure or amorphization of the precursors or even formation of different crystalline phase, SEM/EDX allowed to investigate changes in particle size and in the disappearance of orderly morphology, after the mechanochemical activation or the formation of particles with distinct morphologies and different chemical composition. And, the NMR measurements allowed to observe changes in the chemical environments involved, suggesting the formation of metastable compounds between metals from the lamellar matrices potassium, phosphorus and oxygen, as well as other possible compounds as products. After the mechanochemical activation, in the nutrient release assays, the slow release behavior was observed for all the matrices analyzed. The release rate can be influenced by the chemical composition of the starting matrices, since each matrix can produce similar and distinct products, for example, SiO2 from the clay minerals, the silicon being absent in the lamellar double hydroxides. In addition, the grinding conditions strongly influence not only the formation of differentiated products but also the percentage of release. Finally, the industrial potential of all the materials produced is highlighted, since the methodology can be adapted to larger mills, such as the Herzog mill, which also requires reduced milling times, and the precursors used are generally low cost. KEYWORDS: Slow release fertilizers, primary macronutrients, montmorillonite, talc, chrysotile, HDL, soluble phosphates, mechanochemical activation.230 p. : il. (algumas color.), tabs.application/pdfMisturas (Química)QuímicaNutrientes inorganicosAdubos e fertilizantesTesesDesenvolvimento de potenciais fertilizantes sustentáveis de liberação lenta a partir da ativação mecanoquímica de matrizes lamelares naturais ou sintéticas e mono-hidrogeno fosfato de potássioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - ROGER BORGES.pdfapplication/pdf20973043https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/56218/1/R%20-%20T%20-%20ROGER%20BORGES.pdf0e60c18a0151178d22d74fdebbf6bf29MD51open access1884/562182018-09-26 14:02:38.204open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/56218Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082018-09-26T17:02:38Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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