ÁREA
Química Ambiental
Autores
Fonseca, G.C. (INSTITUTO FEDERAL GOIANO CAMPUS RIO VERDE) ; Braghiroli, R. (INSTITUTO FEDERAL GOIANO CAMPUS RIO VERDE) ; Farnese, F.S. (INSTITUTO FEDERAL GOIANO CAMPUS RIO VERDE) ; Souza, J.C.P. (INSTITUTO FEDERAL GOIANO CAMPUS RIO VERDE)
RESUMO
Fósforo e enxofre são nutrientes essenciais para o desenvolvimento de produções agrícolas. No entanto, a espécie desses nutrientes em fertilizantes depende de alguns fatores para disponibilidade de fosfato e sulfato, os quais são absorvíveis pelas plantas. O objetivo deste estudo foi produzir fertilizantes organominerais a partir de biomassa, rocha fosfatada, enxofre elementar e argila para avaliar a influência da pirólise para a disponibilidade de fosfato e sulfato. Em todos os fertilizantes foi observado um aumento significativo do teor de fosfato (de 9,57±0,13 para 18,08±0,74 %, F2) e de sulfato (de 0,035±0,002 para 0,432±0,036 %, F2), demonstrando que a pirólise pode ser um método simples para a produção de fertilizantes organominerais para liberação de fosfato e sulfato no solo.
Palavras Chaves
Fertilizante organominera; Rocha fosfatada; Oxidação de enxofre
Introdução
O fósforo (P), dentre todos os macronutrientes, é um dos que apresentam mais baixa eficiência de uso em relação à produção agrícola (BORGES et al., 2019). Como um problema correlato, a deficiência de enxofre (S) no solo tem aumentado nas últimas décadas (GUIMARÃES et al., 2018); causando, assim como no caso do P, na produtividade agronômica. Os nutrientes P e S são absorvíveis pelas plantas na forma de fosfato (PO43-) e sulfato (SO42-), respectivamente. A maioria dos fertilizantes fosfatados utilizados no Brasil e no mundo são produzidos a partir da acidificação da rocha fosfatada, gerando altos rendimentos de PO43- solúvel em água (LUSTOSA FILHO et al., 2017). No entanto, após a aplicação, a sua eficiência de uso pode variar entre 10 e 20 %, sendo considerado muito baixo quando se compara com a quantidade que foi aplicada (BORGES et al., 2019). Uma das estratégias utilizadas para a remediação do problema de baixa eficiência do uso de PO43- é a produção de fertilizantes organominerais, compostos com rocha fosfatada, por processos termoquímicos (TUMBURE et al., 2020), (GAO et al., 2019). Os fertilizantes utilizados como fonte de SO42- majoritariamente utilizam enxofre elementar (S0) na composição, por ser de baixo custo e amplamente disponível; no entanto, a transformação de S0 em SO42- depende da presença de microrganismos oxidantes (GUIMARÃES et al., 2018). Esse problema pode ser remediado com a incorporação de microrganismos oxidantes de S na composição do fertilizante; contudo, essa alternativa além de ser um desafio para produção em larga escala, pode resultar em um produto final de alto custo (GUIMARÃES et al., 2018). Diante disto, neste estudo nós produzimos diferentes composições de fertilizantes organominerais para analisar a formação de PO43- e SO42-.
Material e métodos
2.1. Formulações e pirólise Os fertilizantes organominerais foram produzidos com cinco proporções. O fertilizante 1 (F1): 40 % de biomassa e 60 % de rocha fosfatada; F2: 39,2 % de biomassa, 58,8 % de rocha fosfatada e 2 % de S0; F3: 35,2 % de biomassa, 52,8 % de rocha fosfatada, 2 % de S0 e 10 % de argila bentonita; F4: 27,2 % de biomassa, 40,8 % de rocha fosfatada, 2 % de S0 e 30 % de argila bentonita; F5: 36 % de biomassa, 54 % de rocha fosfatada e 10 % de argila bentonita. Cada composição foi misturada em 800 mL de água e deixada em agitação por 1 hora, a 70 °C. Posteriormente, as misturam foram secas em estufa por 24 horas, a 120 ºC. Após a secagem, a composição foi carbonizada em forno mufla por 2 horas, a 500 ºC e reservada para análises posteriores (todas realizadas em triplicata). As análises de pH e condutividade elétrica (CE) foram realizadas com água destilada nos fertilizante pré o pós pirólise (LUSTOSA FILHO et al., 2017). 1 g de cada fertilizante foi misturado com 20 mL de água destilada, a mistura foi agitada por 1 hora e deixada em repouso por 24 horas. 2.2. Quantificação de PO43- e SO42- A quantificação de PO43- e SO42- foi realizada pré e pós pirólise para avaliar a influência do processo de combustão na formação desses íons. O PO43- foi quantificado em ácido cítrico (2 %) pelo método colorimétrico do ácido molibdovanadofosfórico (BRASIL, 2014). A quantificação de SO42- foi realizada pelo método de extração por solução ácida de acetato de amônio (CAMARGO et al., 2009).
Resultado e discussão
O rendimento dos fertilizantes após o processo de pirólise foram todos acima de
60,0 %. F1, F2, F3, F4 e F5 tiveram rendimentos de 65,9, 62,0, 62,5, 73,2 e 70,0
%, respectivamente. O pH dos fertilizantes pré e pós pirólise variou entre 6,73
e 7,62, indicando que não houve liberação de H+ ou OH- no processo de
carbonização. Os valores de CE dos fertilizantes antes da pirólise variaram
entre 416 e 475 µS cm-1. Após a pirólise, F1 e F5 tiveram CE de 474 e 495 µS cm-
1. Já F2, F3 e F4 tiveram valores de CE de 1.080, 1.072 e 981 µS cm-1,
respectivamente. O aumento da CE nesses três últimos pode estar associado a
formação de íons SO42- após a pirólise das composições.
O efeito da pirólise de compósitos com rocha fosfatada e S0 na formação foi
avaliado pela quantificação de PO43- solúvel em ácido cítrico e SO42-, pelos
métodos de calorimetria com ácido molibdovanadofosfórico e de extração por
solução ácida de acetato de amônio, respectivamente (Figura 1).
Os teores de PO43- e SO42- aumentaram significativamente após a pirólise dos
compósitos. A diminuição de PO43- do F1 ao F4 está relacionado com a proporção
de rocha fosfatada no fertilizante que foi de 60,0 para 40,8 %. No F5, como a
proporção aumentou para 54,0 % houve um reflexo na formação de PO43-. Já na
quantificação de SO42- observa-se que antes da pirólise os fertilizantes tinham
teor de abaixo de 0,035 %. Após a pirólise, F1 e F5, que não tiveram adição de
S0 na composição aumentou o teor de SO42- para 0,10 e 0,13 %, respectivamente;
tal aumento pode estar relacionado com a liberação desse íon da biomassa e/ou
rocha fosfatada no F1, e da argila, no caso do F5. Nos compósitos que tiveram
adição de S0 foi observado um aumento de até 12 vezes da quantidade de SO42-
(F2).
Teores de sulfato e fosfato nos fertilizantes \r\norganominerais.
Conclusões
A pirólise de compósitos constituídos de rocha fosfatada, biomassa e argila tem se destacado com uma alternativa para a produção de fertilizantes com alto teor de PO43- solúvel em ácido cítrico. Além disso, neste estudo avaliamos a influência desses componentes no processo de pirólise para oxidação do S0. Após a pirólise houve um considerável aumento de PO43- e SO42- na composição provenientes da rocha fosfatada e do S0. Em suma, essa metodologia se mostrou eficaz para a produção de fertilizantes organominerais. Estudos futuros serão realizados para avaliar a capacidade de liberação controlada
Agradecimentos
Ao Programa de Pós-Graduação em Agroquímica, do Instituto Federal Goiano Campus Rio Verde e à CAPES pela bolsa de mestrado. Ao IF Goiano pelo auxílio financeiro.
Referências
AN, X. et al. Copyrolysis of Biomass, Bentonite, and Nutrients as a New Strategy for the Synthesis of Improved Biochar-Based Slow-Release Fertilizers. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, v. 8, n. 8, p. 3181–3190, 2020.
BORGES, B. M. M. N. et al. Organomineral phosphate fertilizer from sugarcane byproduct and its effects on soil phosphorus availability and sugarcane yield. Geoderma, v. 339, n. July 2018, p. 20–30, 2019.
BRASIL, M. DA A. P. E A. Manual de métodos analíticos oficiais para fertilizantes e corretivos. Brasília: [s.n.].
CAMARGO, O. A. DE et al. Métodos de análise química, mineralógica e física de solosInstituto Agronômico de Campinas. [s.l: s.n.].
GAO, R. et al. Co-Pyrolysis Biochar Derived from Rape Straw and Phosphate Rock: Carbon Retention, Aromaticity, and Pb Removal Capacity. Energy and Fuels, v. 33, n. 1, p. 413–419, 2019.
GUIMARÃES, G. G. F. et al. Smart Fertilization Based on Sulfur-Phosphate Composites: Synergy among Materials in a Structure with Multiple Fertilization Roles. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, v. 6, n. 9, p. 12187–12196, 2018.
LUSTOSA FILHO, J. F. et al. Co-Pyrolysis of Poultry Litter and Phosphate and Magnesium Generates Alternative Slow-Release Fertilizer Suitable for Tropical Soils. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, v. 5, n. 10, p. 9043–9052, 2017.
TUMBURE, A. et al. Co-Pyrolysis of Maize Stover and Igneous Phosphate Rock to Produce Potential Biochar-Based Phosphate Fertilizer with Improved Carbon Retention and Liming Value. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, v. 8, n. 10, p. 4178–4184, 2020.
