Desenvolvimento e aplicação de sistemas para liberação prolongada de fertilizantes obtidos com nanofibras de POLI(3-hidroxibutirato) (PHB) incorporadas com hidrogéis.
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2016
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Resumo
Para atender à crescente demanda de alimentos, o setor agrícola é obrigado a empregar enormes
quantidades de fertilizantes produzindo um impacto ambiental indesejável. A expectativa é que a
demanda per capita por alimento dobre por volta de 2050. Portanto, é de suma importância
desenvolver sistemas que aumentem a produção e reduzam os problemas ambientais. Os potenciais
riscos e outros fatores relacionados à poluição do meio ambiente têm imposto algumas limitações
ao uso da ureia como fonte de nutrientes para as plantas. Portanto, é imperativo melhorar o
desempenho da ureia durante a sua utilização. Fertilizantes de liberação controlada são tidos como
uma das soluções para aumentar o rendimento das culturas, reduzindo a poluição ambiental causada
pelas emissões perigosas de nitratos dos fertilizantes. O presente trabalho tem por objetivo
desenvolver e testar sistemas de liberação prolongada para fertilizantes, usando nanofibras de PHB
obtidas pela técnica de eletrofiação incorporadas com hidrogel de gelatina ou quitosana carregado
com ureia. A morfologia das nanofibras obtidas foi acompanhada com auxílio do MEV. O grau de
cristalinidade das nanofibras foi avaliado através de FTIR, XRD, DSC e SAXS. Os resultados de
FTIR apontaram que as nanofibras de PHB são menos cristalinas do que o filme de PHB obtido por
termoprensagem. Pela análise de XRD foi possível estimar o tamanho dos cristalitos de PHB nas
nanofibras em 190 Å. A eficiência do carregamento de ureia no hidrogel de quitosana incorporado
nas nanofibras de PHB foi mais alta do no hidrogel de gelatina incorporado nas nanofibras de PHB.
Os resultados das propriedades mecânicas indicaram que a presença das nanofibras de PHB
promoveu um aumento de 100 % na tensão na ruptura em relação à gelatina pura e demonstra a
capacidade de reforço das nanofibras de PHB quando adicionado à matriz. No entanto, para a
quitosana, a combinação das nanofibras com a matriz ocasionou uma redução no valor da tensão de
ruptura, da ordem de 87% aproximadamente. As curvas de liberação da ureia obtidas com o uso do
espectrofotômetro UV-Vis mostraram que o efeito “burst” ainda não superado, ocorrendo a
liberação de grande parte da ureia no início dos experimentos. Apesar disso, foi possível perceber
que após o “burst” inicial de liberação da ureia, o compósito obtido com gelatina passou a liberar a
ureia mais lentamente do que aquele obtido com quitosana. Esse resultado foi explicado através das
análises de MEV, realizadas para avaliar a interação entre as fases do sistema hidrogel/nanofibras
Por fim, foi desenvolvido um dispositivo tridimensional para o crescimento de mudas de painço a
partir dos compósitos PHB / hidrogel / ureia. Os resultados demonstraram que o dispositivo é
promissor, pois além de prolongar a liberação da ureia, cria um ambiente com umidade constante
devido à presença do hidrogel.
Descrição
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Palavras-chave
Análise e seleção de materiais, Nanotecnologia - fibras, Eletrofiação, Hidrogel, Adubos e fertilizantes
Citação
MOTTIN, Artur Caron. Desenvolvimento e aplicação de sistemas para liberação prolongada de fertilizantes obtidos com nanofibras de POLI(3-hidroxibutirato) (PHB) incorporadas com hidrogéis. 2016. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.