Desenvolvimento e aplicação de sistemas para liberação prolongada de fertilizantes obtidos com nanofibras de POLI(3-hidroxibutirato) (PHB) incorporadas com hidrogéis

Autor: Mottin, Artur Caron
Přispěvatelé: Câmara, Jairo José Drummond, Patrício, Patrícia Santiago de Oliveira, Miranda, Carlos Alberto Silva de, Ayres, Eliane
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFOP
Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)
instacron:UFOP
Popis: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. 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. To meet the growing demand for food, the agricultural sector is required to use huge amounts of fertilizer producing an undesirable environmental impact. The expectation is that the per capita demand for food double by 2050. Therefore, it is very important to develop systems that increase production and reduce environmental problems. Potential risks and other factors related to environmental pollution have imposed some limitations to the use of urea as a source of nutrients for plants. Therefore, it is imperative to improve the performance of urea during use. Controlled release fertilizers are regarded as one of the solutions to increase crop yields, reducing environmental pollution caused by hazardous emissions of nitrate fertilizers. This study aims to develop and test extended-release systems for fertilizer, using as nanofiber matrix of PHB obtained by electrospinning technique incorporated gelatin hydrogel or chitosan loaded with urea. The morphology of the nanofibers obtained was accompanied with the aid of SEM. The degree of crystallinity of the nanofibers was evaluated by FTIR, XRD, DSC and SAXS. The FTIR results showed that PHB nanofibers are less crystalline than the PHB film obtained by thermopressing. By XRD analysis it was possible to estimate the crystallite size of the PHB nanofibers at 190 Å. The efficiency of urea loading on chitosan hydrogel embedded in the nanofiber PHB was higher in the gelatin hydrogel embedded in the nanofiber PHB. The results of the mechanical properties indicated that the presence of nanofibers PHB caused a 100% increase in the stress at break compared to the pure gelatin and demonstrates the enhanced capability of nanofibers PHB when added to the matrix. However, for chitosan, the combination of the nanofiber with the matrix caused a reduction in the value of breakdown voltage, of approximately -87% order. The urea release curves obtained with the use of UV-Vis spectrophotometer showed that the effect "burst" not exceeded, the release occurs much of urea at the beginning of the experiments. Nevertheless, it is noted that after the burst initial release of the urea, the composite obtained gelatin began to slowly release the more urea than that obtained with chitosan. This result was explained by the SEM analyzes carried out to assess the interaction between the phases of the hydrogel system / nanofibers. Finally, we developed a three-dimensional device for growing millet seedlings from composite PHB / hydrogel / urea. The results showed that the device is promising as well as prolong the release of urea, creates an environment with constant humidity due to the presence of the hydrogel.
Databáze: OpenAIRE
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