Compósitos de liberação lenta controlada de nutrientes para agricultura de precisão: Síntese, caracterização e aplicação de fertilizantes vítreos e ureia encapsulados em matriz de hidrogel

• Autor(a) principal: Soares, José Hermeson da Silva
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75135/tde-25092024-094855/
• topic: agricultura de precisão; compósitos fertilizantes; controlled slow release; fertilizantes vítreos; fertilizer composites; glass fertilizers; hidrogel; hydrogel; liberação lenta controlada; precision agriculture

O Brasil é um dos maiores consumidores de macronutrientes no mundo para aplicações em agricultura e fertilização de solo, com destaque ao NPK. No entanto, não se destaca na produção de nenhum dos fertilizantes utilizados, sendo que mais de 80% são importados e, portanto, sensível a fatores logísticos e geopolíticos. Esses fatos resultam em altos custos ao produtor agrícola e para o estado brasileiro. O elevado custo também é reflexo da necessidade de aplicações periódicas que, devido à alta solubilidade das formulações, as quais também são deficientes em micronutrientes, podem resultar no crescimento vegetal deficiente e impactar negativamente o ambiente e a qualidade do solo. Nesse contexto, os fertilizantes vítreos surgem como uma alternativa promissora devido ao seu caráter multielementar (macro e micronutrientes) e de dissolução controlada, tendo potencial aplicabilidade em agricultura de precisão. Apesar disso, seu método de síntese por fusão-resfriamento não permite a incorporação de fontes nitrogenadas, fato que pode ser contornado pelo encapsulamento dos grãos por matrizes poliméricas responsivas aos estímulos externos e que atuam como carreadoras de nutrientes. Assim, este trabalho apresenta o estudo da inserção de fertilizantes vítreos de composição P2O5-CaO-K2O-B2O3-SiO2MgO-MnO2-MoO3-ZnO e ureia em matriz de hidrogel à base de poli(acrilamida-co-ácido acrílico) para a obtenção de compósitos fertilizantes multielementares e de liberação lenta controlada. O fertilizante vítreo foi obtido a partir da fusão das matérias-primas em forno a 1200 °C por 2 h. O compósito foi obtido a partir da dispersão na solução do polímero a 60° C por 10 min. O compósito apresentou diferentes respostas quanto ao intumescido em meios com diferentes pH, temperaturas e concentrações de ureia/vidro. Análises por microscopia eletrônica de varredura e EDX das amostras liofilizadas revelaram estruturas porosas e com acúmulo de precipitados na superfície após os ensaios de dissolução. Os tamanhos de poros foram estimados por cálculos de parâmetros de rede, sendo caracterizados como materiais mesoporosos. Os resultados para perdas de massa mostraram a propriedade de solubilidade da matriz vítrea e dos compósitos em diferentes estágios e taxas de dissolução. Modelos matemáticos de liberação de princípios ativos foram empregados para o estudo cinético de liberação de ureia, indicando que o modelo de dissolução mais adequado é o de Kormeyer Peppas e o transporte do solvente acontece predominantemente por difusão, sendo, portando, do tipo Fickano. Os resultados de análise elementar da massa seca (ICP-OES) dos cortes realizados em casa de vegetação comprovaram a liberação controlada dos nutrientes e sua absorção pela planta padrão Brachiaria brizantha. Por fim, testes ecotoxicológicos com Lactuca sativa resultaram na não toxicidade ou toxidade moderada dos compósitos em relação ao solo controle, indicando ser um material biocompatível e adequado para aplicação como fertilizante compósito em agricultura de precisão.