DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA (CT) CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA (CCET) PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Desenvolvimento de carreadores ambientalmente amigáveis com propriedade de liberação lenta do nitrogênio da ureia fertilizante Iane Maiara Soares de Souza Orientador: Prof. Dr. Mauricio Roberto Bomio Delmonte Co-Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas Março de 2016 Natal - RN

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA (CT)

CENTRO DE CIEcircNCIAS EXATAS E DA TERRA (CCET)

PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM CIEcircNCIA E

ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISSERTACcedilAtildeO DE MESTRADO

Desenvolvimento de carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com propriedade de liberaccedilatildeo lenta do nitrogecircnio da ureia

fertilizante

Iane Maiara Soares de Souza

Orientador

Prof Dr Mauricio Roberto Bomio Delmonte

Co-Orientador

Prof Dr Carlos Alberto Paskocimas

Marccedilo de 2016

Natal - RN

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE POacuteS GRADUACcedilAtildeO EM CIEcircNCIA E ENGENHARIA DE

MATERIAIS

DESENVOLVIMENTO DE CARREADORES AMBIENTALMENTE AMIGAacuteVEIS COM

PROPRIEDADES DE LIBERACcedilAtildeO LENTA DO NITROGEcircNIO DA UREIA

FERTILIZANTE

IANE MAIARA SOARES DE SOUZA

Dissertaccedilatildeo apresentada ao Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais

como requisito parcial agrave obtenccedilatildeo do grau de Mestre

em Ciecircncia e Engenharia de Materiais

Orientador Prof Dr Mauricio Roberto Bomio

Delmonte

Co-Orientador Prof Dr Carlos Alberto Paskocimas

Natal - RN

2016

Dedico esta dissertaccedilatildeo como muito amor aos meus pais Ivanaldo Gomes de

Souza e Maria Joseacute Soares de Souza

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela daacutediva da vida

Aos meus amados pais Maria e Ivanaldo e meus dois imatildeos Iuri e

Ibanez por todo apoio durante toda essa caminhada

A Marcilio Bayer pelo apoio ajuda e companheirismo

Aos professores Mauricio Bomio e Paskocimas pela ajuda e orientaccedilatildeo

Ao professor Everaldo Zonta pelo acolhimento e orientaccedilatildeo durante a

avaliaccedilatildeo dos fertilizantes

A Antocircnio Medeiros pelas ideias amizade compreensatildeo e ajuda durante

todo o desenvolvimento desse trabalho

A Juan pelas oportunidades ajuda orientaccedilatildeo e amizade durante todo

o desenvolvimento dessa pesquisa

Aos meus amigos da engenharia quiacutemica Adolfo Lopes e Patricia Alves

pela amizade

Agrave Vanuza pela disponibilidade em me ajudar a compreender as teacutecnicas

de caracterizaccedilotildees

Aos meus amigos do PPGCEM Ramiro pelas ajudas computacionais e

Karine pelos longos dias de estudo

Aos teacutecnicos do PPGCEM Carla e Roberto pela prontidatildeo e empenho

para o sucesso nas anaacutelises

A Jean Andrade Marcel e Nivaldo pela ajuda durante a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes

A todos do NUPLAN pela acolhida e ajuda no processamento dos

fertilizantes

Aos meus amigos do LPG do CTGAacuteS-ER pela amizade

Ao Labpmol pelas anaacutelises de DRX

Aos amigos do LSPUFRRJ Gabriela Raony Anderson Glaucio

Elisamara Derique Ester Leonardo Juliano Mateus Rosimar Rafaela e Camila

Aos amigos do condomiacutenio Vitoacuteria Neves Maila Miguel Caio Faacutebio

Natali Arauacutejo Ana Flaacutevia Taiana Alves e Gabriela Barreto pela amizade e acolhida

durante a estadia em SeropeacutedicaRJ

Ao PPGCEM

Agrave CAPES pelo financiamento deste trabalho

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 2: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE POacuteS GRADUACcedilAtildeO EM CIEcircNCIA E ENGENHARIA DE

MATERIAIS

DESENVOLVIMENTO DE CARREADORES AMBIENTALMENTE AMIGAacuteVEIS COM

PROPRIEDADES DE LIBERACcedilAtildeO LENTA DO NITROGEcircNIO DA UREIA

FERTILIZANTE

IANE MAIARA SOARES DE SOUZA

Dissertaccedilatildeo apresentada ao Programa de Poacutes-

Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais

como requisito parcial agrave obtenccedilatildeo do grau de Mestre

em Ciecircncia e Engenharia de Materiais

Orientador Prof Dr Mauricio Roberto Bomio

Delmonte

Co-Orientador Prof Dr Carlos Alberto Paskocimas

Natal - RN

2016

Dedico esta dissertaccedilatildeo como muito amor aos meus pais Ivanaldo Gomes de

Souza e Maria Joseacute Soares de Souza

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela daacutediva da vida

Aos meus amados pais Maria e Ivanaldo e meus dois imatildeos Iuri e

Ibanez por todo apoio durante toda essa caminhada

A Marcilio Bayer pelo apoio ajuda e companheirismo

Aos professores Mauricio Bomio e Paskocimas pela ajuda e orientaccedilatildeo

Ao professor Everaldo Zonta pelo acolhimento e orientaccedilatildeo durante a

avaliaccedilatildeo dos fertilizantes

A Antocircnio Medeiros pelas ideias amizade compreensatildeo e ajuda durante

todo o desenvolvimento desse trabalho

A Juan pelas oportunidades ajuda orientaccedilatildeo e amizade durante todo

o desenvolvimento dessa pesquisa

Aos meus amigos da engenharia quiacutemica Adolfo Lopes e Patricia Alves

pela amizade

Agrave Vanuza pela disponibilidade em me ajudar a compreender as teacutecnicas

de caracterizaccedilotildees

Aos meus amigos do PPGCEM Ramiro pelas ajudas computacionais e

Karine pelos longos dias de estudo

Aos teacutecnicos do PPGCEM Carla e Roberto pela prontidatildeo e empenho

para o sucesso nas anaacutelises

A Jean Andrade Marcel e Nivaldo pela ajuda durante a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes

A todos do NUPLAN pela acolhida e ajuda no processamento dos

fertilizantes

Aos meus amigos do LPG do CTGAacuteS-ER pela amizade

Ao Labpmol pelas anaacutelises de DRX

Aos amigos do LSPUFRRJ Gabriela Raony Anderson Glaucio

Elisamara Derique Ester Leonardo Juliano Mateus Rosimar Rafaela e Camila

Aos amigos do condomiacutenio Vitoacuteria Neves Maila Miguel Caio Faacutebio

Natali Arauacutejo Ana Flaacutevia Taiana Alves e Gabriela Barreto pela amizade e acolhida

durante a estadia em SeropeacutedicaRJ

Ao PPGCEM

Agrave CAPES pelo financiamento deste trabalho

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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pine forest soil treated with nitrogen fertilizers containing different proportions of urea

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Page 3: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

Dedico esta dissertaccedilatildeo como muito amor aos meus pais Ivanaldo Gomes de

Souza e Maria Joseacute Soares de Souza

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela daacutediva da vida

Aos meus amados pais Maria e Ivanaldo e meus dois imatildeos Iuri e

Ibanez por todo apoio durante toda essa caminhada

A Marcilio Bayer pelo apoio ajuda e companheirismo

Aos professores Mauricio Bomio e Paskocimas pela ajuda e orientaccedilatildeo

Ao professor Everaldo Zonta pelo acolhimento e orientaccedilatildeo durante a

avaliaccedilatildeo dos fertilizantes

A Antocircnio Medeiros pelas ideias amizade compreensatildeo e ajuda durante

todo o desenvolvimento desse trabalho

A Juan pelas oportunidades ajuda orientaccedilatildeo e amizade durante todo

o desenvolvimento dessa pesquisa

Aos meus amigos da engenharia quiacutemica Adolfo Lopes e Patricia Alves

pela amizade

Agrave Vanuza pela disponibilidade em me ajudar a compreender as teacutecnicas

de caracterizaccedilotildees

Aos meus amigos do PPGCEM Ramiro pelas ajudas computacionais e

Karine pelos longos dias de estudo

Aos teacutecnicos do PPGCEM Carla e Roberto pela prontidatildeo e empenho

para o sucesso nas anaacutelises

A Jean Andrade Marcel e Nivaldo pela ajuda durante a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes

A todos do NUPLAN pela acolhida e ajuda no processamento dos

fertilizantes

Aos meus amigos do LPG do CTGAacuteS-ER pela amizade

Ao Labpmol pelas anaacutelises de DRX

Aos amigos do LSPUFRRJ Gabriela Raony Anderson Glaucio

Elisamara Derique Ester Leonardo Juliano Mateus Rosimar Rafaela e Camila

Aos amigos do condomiacutenio Vitoacuteria Neves Maila Miguel Caio Faacutebio

Natali Arauacutejo Ana Flaacutevia Taiana Alves e Gabriela Barreto pela amizade e acolhida

durante a estadia em SeropeacutedicaRJ

Ao PPGCEM

Agrave CAPES pelo financiamento deste trabalho

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 4: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela daacutediva da vida

Aos meus amados pais Maria e Ivanaldo e meus dois imatildeos Iuri e

Ibanez por todo apoio durante toda essa caminhada

A Marcilio Bayer pelo apoio ajuda e companheirismo

Aos professores Mauricio Bomio e Paskocimas pela ajuda e orientaccedilatildeo

Ao professor Everaldo Zonta pelo acolhimento e orientaccedilatildeo durante a

avaliaccedilatildeo dos fertilizantes

A Antocircnio Medeiros pelas ideias amizade compreensatildeo e ajuda durante

todo o desenvolvimento desse trabalho

A Juan pelas oportunidades ajuda orientaccedilatildeo e amizade durante todo

o desenvolvimento dessa pesquisa

Aos meus amigos da engenharia quiacutemica Adolfo Lopes e Patricia Alves

pela amizade

Agrave Vanuza pela disponibilidade em me ajudar a compreender as teacutecnicas

de caracterizaccedilotildees

Aos meus amigos do PPGCEM Ramiro pelas ajudas computacionais e

Karine pelos longos dias de estudo

Aos teacutecnicos do PPGCEM Carla e Roberto pela prontidatildeo e empenho

para o sucesso nas anaacutelises

A Jean Andrade Marcel e Nivaldo pela ajuda durante a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes

A todos do NUPLAN pela acolhida e ajuda no processamento dos

fertilizantes

Aos meus amigos do LPG do CTGAacuteS-ER pela amizade

Ao Labpmol pelas anaacutelises de DRX

Aos amigos do LSPUFRRJ Gabriela Raony Anderson Glaucio

Elisamara Derique Ester Leonardo Juliano Mateus Rosimar Rafaela e Camila

Aos amigos do condomiacutenio Vitoacuteria Neves Maila Miguel Caio Faacutebio

Natali Arauacutejo Ana Flaacutevia Taiana Alves e Gabriela Barreto pela amizade e acolhida

durante a estadia em SeropeacutedicaRJ

Ao PPGCEM

Agrave CAPES pelo financiamento deste trabalho

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 5: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

Aos amigos do LSPUFRRJ Gabriela Raony Anderson Glaucio

Elisamara Derique Ester Leonardo Juliano Mateus Rosimar Rafaela e Camila

Aos amigos do condomiacutenio Vitoacuteria Neves Maila Miguel Caio Faacutebio

Natali Arauacutejo Ana Flaacutevia Taiana Alves e Gabriela Barreto pela amizade e acolhida

durante a estadia em SeropeacutedicaRJ

Ao PPGCEM

Agrave CAPES pelo financiamento deste trabalho

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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pine forest soil treated with nitrogen fertilizers containing different proportions of urea

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Page 6: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

RESUMO

O nitrogecircnio eacute um macronutriente essencial para o crescimento vegetal Atualmente

devido os desgastes do solo ao longo dos anos e a elevada demanda na produccedilatildeo de

alimentos eacute um desafio fornecer agraves plantas o nitrogecircnio necessaacuterio para seu crescimento

Por isso o uso de fertilizantes nitrogenados eacute amplamente aplicado na agricultura onde

a ureia por possuir elevado teor de nitrogecircnio eacute o mais usado Contudo suas elevadas

perdas acarretadas principalmente por volatilizaccedilatildeo de amocircnia e lixiviaccedilatildeo de nitrato

fazem com que seja necessaacuterio o desenvolvimento de sistemas que reduzam a

velocidade de hidroacutelise da ureia Neste trabalho foram desenvolvidos dois tipos de

fertilizantes a base de ureia e carreadores que foram compreendidas em uma mistura de

ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita em que para cada argilomineral

foram formulados trecircs tipos de fertilizantes variando as proporccedilotildees carreadorureia na

forma 14 18 e 116 Ainda foi formulado um terceiro fertilizante constituiacutedo somente de

ureia triturada e misturada com os aditivos utilizados nas formulaccedilotildees como talco e

soluccedilatildeo de PVP Todas as composiccedilotildees propostas foram compactadas em cilindros com

diacircmetro de 7mm e espessura de 4mm Os fertilizantes foram caraterizados quanto a sua

morfologia anaacutelise quiacutemica e mineralogia pelas teacutecnicas de FRX DRX FTIR TGDSC e

MEV A eficiecircncia agronocircmica foi avaliada quanto as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo em

condiccedilotildees de umidade e temperatura controlados em casa de vegetaccedilatildeo utilizando a

camada com profundidade de 0-20cm de um Planossolo Haacuteplico e bandejas como

unidades experimentais As perdas foram avaliadas com o uso de cacircmeras semi-aberta

livre estaacutetica (SALE) Foram avaliadas as dosagens equivalentes a 100 e 200kgha-1 com

trecircs repeticcedilotildees para cada um e um delineamento experimental inteiramente casualizado

Os fertilizantes formulados apresentaram boa capacidade de estocagem pois ao serem

expostos a atmosfera natildeo se aglomeram como o que ocorre com a ureia comercial As

caracterizaccedilotildees mostram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas entre os constituintes

dos fertilizantes A avaliaccedilatildeo agronocircmica verificou que as formulaccedilotildees que utilizaram a

bentonita natildeo presentaram reduccedilotildees significativas nas perdas por volatilizaccedilatildeo se

comparadas com a ureia convencional As formulaccedilotildees que utilizaram a clinoptilolita como

carreador apresentaram reduccedilotildees consideraacuteveis na quantidade de 1198731198731198673 volatilizado

atingindo uma reduccedilatildeo de 53 para Z1U16

Palavras-chave Ureia Fertilizante Liberaccedilatildeo controlada Bentonita Clinoptilolita

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 7: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

ABSTRACT

Nitrogen is an essential macronutrient for growth of plant Currently due to the wear

and tear over the years and the high demand for food production the soil cannot

provide the necessary nitrogen for plantrsquos growth Therefore the use of nitrogen

fertilizer is widely used in agriculture where urea due high nitrogen content is the

most used However their high losses caused mainly by volatilization of ammonia and

nitrate leaching cause the development of systems that reduce the rate of urea In this

study we developed two types of fertilizer urea base and carriers one in which the urea

was mixed with bentonite and another where the urea was mixed with clinoptilolite

where for each clay mineral were made three types of fertilizer by varying the carrier

ratiosurea 14 18 and 116 Still a third fertilizer was formulated consisting of crushed

urea only and mixed with the additives used in formulations such as talc and PVP All

proposals compositions were compressed into cylinders with a diameter of 7 mm and

4 mm in height The fertilizers were characterized as their morphology chemistry and

mineralogy analysis by XRF techniques XRD FTIR TG DSC and SEM The

agronomic efficiency was assessed as the loss of 1198731198731198673 by evaporation in humidity and

temperature controlled in a greenhouse using a layer with a depth of 0-20cm a

Planosol Haplic and trays as experimental units Losses were evaluated using static-

free semi-open cameras (SALE) They were evaluated dosages equivalent to 100 and

200kgha-1 with three replicates for each and a completely randomized design The

formulated fertilizer showed good capacity storage where exposed to the atmosphere

do not agglomerate The characterizations show that there were no chemical

interactions between the constituents of fertilizers As for agronomic evaluation

showed that formulations used bentonite showed no significant reductions in the losses

by volatilization as compared with conventional urea The formulations used the

clinoptilolite as carrier showed considerable reductions in the amount of 1198731198731198673

volatilized reaching a reduction of 53 to Z1U16

Keywords Urea Fertilizer Controlled release Bentonite Clinoptilolite

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 8: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados 30

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas 31

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x 51

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita 52

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais 54

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC 74

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC 75

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados 79

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias 83

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias 86

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 9: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo 20

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita 23

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita 25

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental 29

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do aacutelcool

presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa 32

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com carreadores

inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c) Compressora rotativa 32

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande 37

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico (SALE)

adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009 41

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana antes de

ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo 42

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais 43

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b) distribuiccedilatildeo da

B11U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos coletores semiaberto

estaacuteticos 44

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo coletora 45

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa 49

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes ser

adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min 51

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita 53

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a) Bentonita

e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita C=clinoptilolita 55

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como carreador onde

T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia 56

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 58

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a zeoacutelita 59

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias

primas 60

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores 61

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave bentonita

clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP 63

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a bentonita 65

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

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6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Page 10: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita 66

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia pastilhada e o

estearato 67

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia 69

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura ambiente e

submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC 70

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas 72

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG (b) DSC

73

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b) DSC 74

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b) 76

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16 77

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16 78

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673volatilizado

durante 30 dias 80

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e dosagem

de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673 volatilizado

durante 30 dias 82

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 84

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de 1198731198731198673

volatilizado durante 30 dias 86

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 11: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

LISTA DE ABREVIACcedilOtildeES

Abandeja Aacuterea da bandeja

BET Braunauer Emmet e Teller

BJH Barrett Joyner e Halenda

DRX Difraccedilatildeo de Raios-X

FRX Florescecircncia de Raios-X

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

IP Iacutendice de Plasticidade

Mesh Nuacutemero de aberturas por polegada linear

MN Massa molar do Nitrogecircnio

MEV Microscopia Eletrocircnica de Varredura

NBPT N-(n-butil) tiofosfoacuterico triamida

1198731198731198673 Nitrogecircnio Amoniacal

PRNT Poder Relativo de Nutraliazaccedilatildeo Total

P Pressatildeo parcial do gaacutes

P0 Pressatildeo de vapor do gaacutes

PVP Polivinilpirrolidona

SALE Semi-Aberto Livre Estaacutetico

DTP Dessorccedilatildeo a Temperatura Porgramada

VB Volatilizado em toda a bandeja

VP Volatilizado na aacuterea da base da garrafa

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 12: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

LISTA DE UNIDADES DE MEDIDAS

Å Angstroumlm

kgha-1 Quilograma por hectare

mgband-1 Miligrama por bandeja

wt Fraccedilatildeo maacutessica

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 13: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 16

2 REVISAtildeO DA LITERATURA 19

21Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia 19

22Os Carreadores 22

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 29

31Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes 30

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos 30

32Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes 33

321 Fluorescecircncia de raios-X 33

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos meacutetodos

BET e BJH 33

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP) 35

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 36

324 Difraccedilatildeo de raios-X 38

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 39

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 39

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de energia

dispersiva de raios- x (EDS) 40

33Avaliaccedilatildeo Agronocircmica 41

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo 41

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES 49

41Caracterizaccedilotildees 51

411 Fluorescecircncia de raios-X 51

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3 52

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez 53

414 Difraccedilatildeo de raios-x 54

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier 62

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial 68

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) 76

42Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo 79

5 CONCLUSOtildeES 89

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 92

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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pine forest soil treated with nitrogen fertilizers containing different proportions of urea

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Page 14: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

Capitulo 1

Introduccedilatildeo

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

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6 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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Page 15: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

16

1 INTRODUCcedilAtildeO

Diante de um cenaacuterio em que 70 da produccedilatildeo global de adubos

nitrogenados estaacute concentrada em paiacuteses que consomem mais ureia do que a sua

produccedilatildeo interna a seguranccedila alimentar se torna um fator cada vez mais importante

necessitando o desenvolvimento de alternativas que proporcionem o aumento da

eficiecircncia agronocircmica do nitrogecircnio derivado da ureia principal fertilizante nitrogenado

utilizado atualmente no cultivo de alimentos devido a sua elevada disponibilidade

elevado teor de nitrogecircnio e baixo custo (WERNECK 2008)

A ureia eacute uma moleacutecula orgacircnica neutra que natildeo eacute facilmente absorvida

pelo solo tendo como resultado a baixa interaccedilatildeo entre ureiasolo em que apenas

uma pequena fraccedilatildeo eacute absorvida pelas plantas provocando um aumento na taxa de

aplicaccedilatildeo da mesma O uso excessivo desse nutriente gera riscos ambientais como a

contaminaccedilatildeo do solo lenccediloacuteis freaacuteticos emissatildeo de N2O um poderoso gaacutes no efeito

estufa aleacutem do aumento nos custos das plantaccedilotildees (NI MINGZHU SHAOYU 2009

MADARI et al 2015)

Uma alternativa para otimizar o uso de fertilizantes eacute pela teacutecnica de

encapsulamento ou mistura com outros materiais inertes e ambientalmente amigaacuteveis

que promovam a liberaccedilatildeo lenta eou controlada dos nutrientes para o solo reduzindo

as taxas de perdas a necessidade de aplicaccedilotildees sucessivas e minimizando a poluiccedilatildeo

ambiental em que dependendo do custo agregado ao aditivo o desenvolvimento de

fertilizantes com essa propriedade apresenta boa aplicabilidade comercial

As zeoacutelitas como a clinoptilolita por apresentarem alta porosidade e

elevada capacidade de troca catiocircnica podem atuar no aumento da eficiecircncia da

ureia pois suas caracteriacutesticas auxiliam no controle da liberaccedilatildeo de nutrientes e na

capacidade de concentraccedilatildeo de aacutegua (MONTE et al 2004 BERNARDI et al 2008)

Outra forma de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio

proveniente da ureia eacute a sua mistura com o argilomineral montimoriolinita Abundante

nas bentonitas apresenta elevada capacidade de troca catiocircnica sendo possiacutevel o

armazenamento dos iacuteons NH4+ provenientes da hidroacutelise da ureia controlando assim

a sua liberaccedilatildeo para o solo

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

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carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

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Page 16: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

17

Tendo em vista as perdas ocasionadas com o uso da ureia como

fertilizante a crescente necessidade do fornecimento de alimentos para a populaccedilatildeo

mundial a dificuldade de expansatildeo da aacuterea possiacutevel de ser plantada e a necessidade

de minimizar desmatamentos este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de

fertilizantes a base de ureia misturados com carreadores ambientalmente amigaacuteveis

com o intuito de promover a liberaccedilatildeo controlada do nitrogecircnio proveniente da ureia

acarretando a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo aumento da eficiecircncia do

fertilizante e a diminuiccedilatildeo dos impactos ambientais A elevada capacidade de troca de

caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia foram os principais fatores

para o estudo da bentonita e da clinoptiololita como carreadores da ureia

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

1GIANETTO G Zeolitas Caracteristicas Propriedades y Aplicaciones Industriales

Caracas Edit ndash Editorial Innovacioacuten Tecnologica (1990)

Mn2+ Mg2+ e Zn2+ As peneiras moleculares zeoliacuteticas possuem em sua estrutura uma

carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

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Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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Page 17: DISSERTAÇÃO DE MESTRADO...fertilizantes a base de ureia e carreadores, que foram compreendidas em uma mistura de ureia com bentonita e outra de ureia com clinoptilolita, em que para

Capitulo 2

Revisatildeo da literatura

2 REVISAtildeO DA LITERATURA

21 Fertilizantes Nitrogenados e Sua Importacircncia

Como resultado do crescimento populacional nas uacuteltimas deacutecadas a

produccedilatildeo de alimentos necessaacuterio para suprir a demanda nutricional duplicou A

possibilidade dessa expansatildeo se deu devido ao aumento na utilizaccedilatildeo de fertilizantes

nas lavouras 46 e da aacuterea plantada 15 (LOPES BASTOS 2007)

O uso de fertilizantes minerais para suprir a demanda de

macronutrientes como nitrogecircnio foacutesforo e potaacutessio eacute uma importante alternativa

comercial e para o aumento da produtividade na agricultura (AARNIO MARTIKAINEN

1995) O Brasil eacute responsaacutevel pelo consumo de 6 de todo fertilizante ocupando a

4ordm colocaccedilatildeo de maior consumidor mundial Isso se daacute devido ao crescimento da

populaccedilatildeo e da renda mudanccedila de haacutebitos alimentares aumento na produccedilatildeo de

biocombustiacuteveis e a necessidade de aumento na produtividade de alimentos

resultado dos limitados recursos agriacutecolas reduccedilatildeo das aacutereas possiacuteveis de cultivo e

a baixa disponibilidade de aacutegua potaacutevel (ANDA 2013)

No metabolismo vegetal o nitrogecircnio exerce funccedilotildees fundamentais

como o enchimento de gratildeos teor de proteiacutenas influenciar na utilizaccedilatildeo dos nutrientes

potaacutessio e foacutesforo aleacutem de estar presente na maioria dos compostos orgacircnicos como

aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleicos hormocircnios e clorofila (MALAVOLTA 2006

RAIJ 1991 BUCKMAN amp BRADY 1969)

Para que o nitrogecircnio presente no solo esteja disponiacutevel para as plantas

eacute necessaacuterio que ocorra a transformaccedilatildeo da forma orgacircnica para a inorgacircnica

processo denominado de mineralizaccedilatildeo e realizada por microrganismos Com isso

mesmo que o solo apresente um elevado teor de N-orgacircnico natildeo implica

necessariamente que o mesmo estaraacute disponiacutevel para atender a demanda vegetal

(CANTARELLA 2007) Diversos fatores que afetam seu aproveitamento pelas

plantas fazem com que o mesmo seja largamente estudado principalmente quando

se trata de sua dinacircmica no solo e sua eficiecircncia de adubaccedilatildeo (MATOS 2011)

Segundo Cantarella (2007) os principais fertilizantes nitrogenados

produzidos no mundo satildeo ureia sulfato de amocircnio nitrato de amocircnio fosfato de

amocircnio nitrocaacutelcio aquamocircnia fosfato diamocircnio amocircnia anidra uran nitrofosfato

nitrato de soacutedio e nitrato de caacutelcio

Dentre esses fertilizantes nitrogenados a ureia eacute a que apresenta maior

uso devido sua alta concentraccedilatildeo de nutrientes (466 wt de nitrogecircnio) baixo custo

alta solubilidade propriedades natildeo corrosivas e facilidade de mistura com outros

componentes (HETTIARACHCHI et al 2012) Contudo a faacutecil volatilizaccedilatildeo de amocircnia

e lixiviaccedilatildeo de nitrato reduz sua eficiecircncia quando aplicado em solos alcalinos e de

textura grossa em que essas perdas satildeo mais efetivas quando se trata da

volatilizaccedilatildeo de amocircnia (AARNIO MARTIKAINEN1995) De acordo com Xiaoyu et al

(2013) somente de 30 a 50 da dose de nitrogecircnio proveniente da ureia aplicada ao

solo eacute absorvido pela vegetaccedilatildeo A figura 1 mostra uma representaccedilatildeo das

transformaccedilotildees que ocorrem com a ureia no solo

Figura 1 - Representaccedilatildeo das transformaccedilotildees da ureia no solo

Fonte Adaptado AZEEM et al 2014

A ureia apoacutes aplicada ao solo eacute hidrolisada e reage com os iacuteons H+ pela

accedilatildeo da enzima urease convertendo-se em dioacutexido de carbono amocircnio e aacutegua

mecanismo denominado de mineralizaccedilatildeo Esse nitrogecircnio agora na sua forma

inorgacircnica estaacute disponiacutevel para a planta Contudo o amocircnio reage com os iacuteons OH-

convertendo-se em NH3 o qual eacute facilmente volatilizado O iacuteon amocircnio pode ainda

sofrer o mecanismo de nitrificaccedilatildeo em que por meio da accedilatildeo de microrganismos reage

com o oxigecircnio presente no solo convertendo-se em nitrato o qual eacute facilmente

perdido por lixiviaccedilatildeo (AZEEM et al 2014 TRANKEL 2010 DIEST 1988) Portanto

solo com o pH elevado favorece as perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo e

consequentemente acarreta no baixo aproveitamento pelas plantas do nitrogecircnio

aplicado ao solo (LARA CABEZAS et al 1997)

A urease eacute uma enzima extracelular produzida por bacteacuterias

actinomicetos fungos ou originaacuteria de restos vegetais Mudanccedila nos microrganismos

do solo assim como as caracteriacutesticas bioquiacutemicas da enzima podem acarretar no

aumento da hidrolise da ureia (REYNOLDS WOLF ARMBRUSTER 1987)

Aleacutem disso as perdas tambeacutem podem ser influenciadas por outros

fatores como temperatura velocidade do vento pH poder tampatildeo do solo e

capacidade de troca catiocircnica (MARTHA JUNIO 2003 FRENEY 1985 HARGROVE

1988)

Uma maneira de diminuir essas perdas eacute pelo desenvolvimento de

fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta onde a ureia eacute encapsulada em espeacutecies inertes e

biodegradaacuteveis pelo qual a liberaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo eacute controlada devido a

difusatildeo atraveacutes do revestimento acarretando em um tempo muito maior de liberaccedilatildeo

de nutrientes se comparado com a ureia convencional (XIAOYU et al 2013)

Outra forma de aumentar a eficiecircncia dos fertilizantes aplicados aos

solos eacute sua formulaccedilatildeo com argilominerais Formulaccedilotildees a base de argilominerais que

apresentam natureza coloidal alto poder de adsorccedilatildeo e facilidade de mudar sua aacuterea

superficial podem provocar a reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo fotodegradaccedilatildeo e volatilizaccedilatildeo

desses fertilizantes (WANYIKA 2014)

O uso de fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta ou controlada tem como intuito

oferecer agraves plantas os nutrientes de forma progressiva por um tempo determinado

acarretando no aumento da eficiecircncia e aproveitamento dos mesmos (CANTARELLA

2007) Os fertilizantes de liberaccedilatildeo lenta satildeo associados agravequeles dependentes de

decomposiccedilatildeo microbiana apresentando baixa solubilidade Jaacute os de liberaccedilatildeo

controlada satildeo revestidos ou encapsulados onde o revestimento controla a entrada

de aacutegua diminuindo a dissoluccedilatildeo do nutriente (TRENKEL 2010) De acordo com

Matos (2007) para os fertilizantes revestidos com poliacutemeros ou resina a taxa de

liberaccedilatildeo de nutrientes eacute dependente da temperatura pois provoca a elevaccedilatildeo da

camada do revestimento aumentando sua permeabilidade agrave aacutegua

Outro problema enfrentado com a ureia satildeo seus atributos fiacutesico-

quiacutemicos que estaacute relacionado com sua higroscopicidade a qual eacute uma tendecircncia da

substacircncia de absorver humidade da atmosfera onde para cada fertilizante existe

uma humidade criacutetica em que o mesmo pode ser exposto sem que haja grande

absorccedilatildeo de aacutegua (ALCARDE et al1998 SAUCHELLI 1960) Essa propriedade

acarreta na reduccedilatildeo da fluidez do fertilizante provocando seu empedramento em que

o aumento do tamanho do fertilizante o uso de revestimentos e boas condiccedilotildees de

estocagem satildeo alternativas para minimizar esses efeitos (ALCARDE et al 1998)

22 Os Carreadores

Peneiras moleculares satildeo materiais que possuem estrutura riacutegida e

porosa formada por canais capazes de promover troca iocircnica adsorccedilatildeo difusatildeo

seletiva e de separar componentes de uma mistura de acordo com o tamanho e forma

das moleacuteculas Esses materiais podem ser presentados por silicatos metalossilicatos

metaloaluminatos aluminofosfatos silicoaluminofosfatos metaloaluminofosfatos e

zeoacutelitas (RUIZ 2005 GIANETTO1 1990 apud RUIZ 2005)

A estrutura de uma peneira molecular eacute formada por uma extensa rede

de tetraedros TO4 em que T pode ser Si4+ e Al3+ havendo ainda a ocorrecircncia de

caacutetions capazes de ocupar os siacutetios dentro da estrutura dos tetraedros como Fe3+

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carga global negativa (RUIZ 2005)

As zeoacutelitas satildeo aluminosilicatos cristalinos em que haacute a presenccedila de

oxigecircnio ligado a dois tetraedros onde a carga negativa da rede eacute compensada por

caacutetions trocaacuteveis ocupando os canais da zeoacutelita onde esses canais satildeo constituiacutedos

por aneacuteis de oito a dez membros (FERNAacuteNDEZ 2004)

A aplicaccedilatildeo de zeoacutelitas eacute uma alternativa para controlar a liberaccedilatildeo dos

nutrientes da ureia isso se daacute devido a esses materiais possuiacuterem caracteriacutesticas

como alta aacuterea superficial e alta capacidade de troca de caacutetions (FERGUSON E

PAPPER 1987)

Dentre as diversas zeoacutelitas de ocorrecircncia natural a clinoptilolita figura

2 eacute a mais estudada atualmente para uso na agricultura uso justificado pela sua

elevada afinidade com os iacuteons NH4+ evitando assim a accedilatildeo de microrganismos e

perdas por volatilizaccedilatildeo (REHAacuteKOVAacute et al 2004)

Figura 2 - Esquema da estrutura da clinoptilolita

Fonte HERNAacuteNDEZ et al 2010

Eberl (2002) mostrou que a aplicaccedilatildeo de uma mistura de zeoacutelita e

ureia fertilizante ao solo resultaram na reduccedilatildeo da lixiviaccedilatildeo do nitrato devido a

mecanismos como armazenamento de ureia nos poros da zeoacutelita dimunuiccedilatildeo da

transformaccedilatildeo de ureia em nitrato atraveacutes e pela diminuiccedilatildeo do processo de

nitrificaccedilatildeo pela adsorccedilatildeo da amocircnia na zeolita

Sepaskhah e Barzegar (2010) estudaram os efeitos do uso da

clinoptilolita como condicionador do solo com o objetivo de reduzir o consumo de aacutegua

e de nitrogecircnio na superfiacutecie em plantaccedilotildees de arroz em solo argiloso durante os anos

de 2004 e 2005 onde a zeolita soacute foi aplicada no primeiro ano poreacutem seus efeitos

prolongados tambeacutem foram investigados no segundo ano Foram avaliados a

aplicaccedilatildeo de 0 2 4 e 8 toneladas por hectare de zeoacutelita em que para cada aplicaccedilatildeo

foram estudados a adubaccedilatildeo de nitrogecircnio correspondentes a 0 20 40 e 80 kgha-1

No ano seguinte foram aplicadas as mesmas quantidades de nitrogecircnio sem novas

adiccedilotildees de zeoacutelita Nesse estudo concluiu que ao diminuir a taxa de aplicaccedilatildeo do

nitrogecircnio maior a taxa de aplicaccedilatildeo de zeoacutelita eacute necessaacuterio para melhorar o

rendimento dos gratildeos ou seja o comportamento entre a quantidade de nitrogecircnio e

de zeoacutelita eacute inversamente proporcional A maior produtividade foi obtida para a

dosagem de 80 Kgha de nitrogecircnio usando como condicionador do solo o equivalente

a 4 tha de clinoptilolita

Aleacutem das zeoacutelitas o uso de argilas as quais possuem baixo custo alta

disponibilidade e boa capacidade de troca de caacutetions podem promover a melhoria da

eficiecircncia da ureia no solo (PEREIRA 2012)

De acordo com Souza Santos (1989) as argilas satildeo formadas por

partiacuteculas de pequeno tamanho os argilominerais pelos quais possuem forma

lamelar ou fibrosa e satildeo quimicamente compostas por metalssilicatos de alumiacutenio

ferro eou magneacutesio Esse material quando umedecido com aacutegua adquire certa

plasticidade e apoacutes secagem se torna dura e riacutegida caso seja queimada a temperatura

superior a 1000 ordmC adquire dureza de accedilo

Dentre os argilominerais a montimorilonita

[033M+(Al167Mg033)Si4O10(OH)2] eacute um silicato cristalino lamelar composto por

laminas altamente anisotroacutepicas separadas por finas camadas de aacutegua As faces de

cada lamina possuem carga negativa resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na

camada 21 de Al+3 para Mg2+ acarretando em um espaccedilo vazio entre as mesmas

conhecido como canais ou espaccedilamentos interplanares atraindo iacuteons como Ca2+ e

Na2+ Sua elevada capacidade de troca de caacutetions elevada aacuterea superficial forte

poder de adsorccedilatildeo e poder de inchamento quando em presenccedila de aacutegua tem feito

com que esse argilomineral ganhe muitas aplicaccedilotildees tecnoloacutegicas (ZHOU CHEN

JIANG 2009) A figura 3 mostra uma representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Figura 3 - Representaccedilatildeo da estrutura da montimorilonita

Fonte VIEIRA COELHO A C SOUZA SANTOS 2007

Ainda segundo Souza Santos (1989) a bentonita eacute uma argila de

granulaccedilatildeo muito fina composta predominantemente pelo argilomineral

montimorilonita pelo qual foi formado pela desvitrificaccedilatildeo e subsequente alteraccedilatildeo

quiacutemica de um material de origem iacutegnea Dentre suas caracteriacutesticas se destaca seu

alto poder de inchamento atraveacutes da absorccedilatildeo de aacutegua

Se os caacutetions trocaacuteveis forem Na+ Li+ Ca+ a bentonita eacute denominada

soacutedica de liacutetio ou caacutelcica respectivamente Aquelas que o caacutetion adsorvido

predominante eacute o soacutedio ou o liacutetio adsorve continuamente vaacuterias camadas de

moleacuteculas de aacutegua em meio aquoso jaacute as que o caacutetion eacute o caacutelcio podendo ser

insolado ou conjuntamente com o magneacutesio hidroxocircnio potaacutessio ferro ou alumiacutenio

a adsorccedilatildeo de mais camadas de aacutegua natildeo ocorre e o inchamento eacute pequeno (SOUZA

SANTOS 1989)

Pereira et al (2012) sintetizaram um nanocompoacutesito baseado na

intercalaccedilatildeo de ureia nas lamelas do argilomineral montimorilonita atraveacutes do

processo de extrusatildeo a temperatura ambiente Por meio das caracterizaccedilotildees

realizada pelos autores foi confirmando que ocorreu esfoliaccedilatildeo das lamelas do

argilomineral na matriz de ureia Esse estudo comprovou que o material produzido

apresentou uma dissoluccedilatildeo de ureia de forma mais lenta do que a comercial

Junejo et al (2012) realizaram um estudo onde avaliaram os aspectos

fiacutesicos e quiacutemicos da ureia revestida com agar gelatina e palm stearing adicionando

tambeacutem como micronutrientes inibidores de urease CuSO4 e ZnSO4 As

caracteriacutesticas fiacutesicas e quiacutemicas foram avaliadas pelas teacutecnicas de FTIR TGDSC e

MEV onde foi constatado que natildeo acorreram mudanccedilas significativas se comparado

com a ureia natildeo revestida onde isso se deu devido a pequena quantidade de

revestimento propriedades fiacutesicas semelhantes e a natildeo interaccedilatildeo quiacutemica entre eles

Ainda foi constatado a perda de 2 do N total na ureia revestida resultado das perdas

provocadas pelo processo de recobrimento

Xiaoyu et al (2013) produziram um fertilizante de liberaccedilatildeo lenta

utilizando bentonita um poliacutemero orgacircnico e ureia em estado fundido com o intuito

de formar uma estrutura de rede tridimensional obtendo-se um material com maior

densidade de empilhamento menor aacuterea superficial e com uma velocidade de

liberaccedilatildeo de nutrientes inferior ao da ureia convencional Com os resultados foi

constatado que 12g do novo fertilizante levou em torno de 14h para se dissolver em

1l de aacutegua muito mais tempo do que a ureia convencional pelo qual segundo os

autores se dissolve em menos de 30min

Oliveira et al (2014) estudaram as perdas de amocircnia por volatilizaccedilatildeo

oriundas de dez tipos de fertilizantes nitrogenados revestidos eou compactados com

ou sem enxofre e bentonita durante 21 dias sobre condiccedilotildees controladas de

temperatura de umidade Os fertilizantes avaliados consistiam em ureia pastilhada

com sulfado de amocircnio ureia pastilhada com enxofre elementar ureia pastilhada com

sulfato de amocircnio enxofre e bentonita ureia pastilhada com enxofre e bentonita e

ureia pastilhada Aleacutem desses ainda foram avaliados cinco tipos de fertilizantes

comerciais ureia granulada ureia com NBPT ureia pastilhada com enxofre ureia

revestida com enxofre e sulfato de amocircnio em forma de cristal

Dentre eles o que apresentou maior perda de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo foi

o fertilizante comercial a base de ureia e revestido com enxofre apresentado perdas

de 451 equivalente a 902 kg ha-1 de N para a dosagem de 200 kgha-1 de N O

que obteve menor perda foi a ureia pastilhada com enxofre e bentonita com reduccedilatildeo

21 de N volatilizado Segundo os autores esse fato se deu devido a presenccedila do

mineral pelo qual devido sua alta capacidade de troca de caacutetions possibilitou a

adsorccedilatildeo dos iacuteons amocircnio resultantes da hidrolise da ureia

Wanyika (2014) avaliou a capacidade da montimorilonita de armazenar

e controlar a liberaccedilatildeo dos nutrientes provenientes da ureia como fertilizante

nitrogenado e metalaxil como pesticida A intercalaccedilatildeo entre as lamelas do

argilomineral foi realizada pelas teacutecnicas de imersatildeo simples e evaporaccedilatildeo rotativa

Primeiramente Wanyika verificou qual o comportamento do argilomineral

com partiacuteculas em torno de 29microm de diacircmetro e com nanoparticulas variando de

~550nm a 13microm Verificou-se que aquele com partiacuteculas de menor tamanho teve a

capacidade de absorver mais ureia do que a com partiacuteculas maiores fato justificado

pela maior aacuterea superficial acarretando em mais espaccedilamentos para a ureia se alojar

Contudo ao verificar a cineacutetica de adsorccedilatildeo pelo qual obedeceu um equaccedilatildeo de 2ordm

ordem observou que a eficiecircncia foi de 50wt onde segundo o autor parte da ureia

foi adsorvida na superfiacutecie externa da montmorilonita com uma pequena parcela entre

as lamelas da mesma Por meio das anaacutelises de difraccedilatildeo de raios-x (DRX)

infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) volume de poros (BJH) e aacuterea

superficial (BET) Wanyika comprovou a intercalaccedilatildeo tanto da ureia quando do

metalaxil entre as lamelas da montmorilonita Aleacutem disso da ureia presente entre as

lamelas somente 80 foi liberada para o solo depois de 10 dias comprovando assim

sua aplicabilidade para esses sistemas

Capitulo 3

Materiais e Meacutetodos

29

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Em resumo as etapas seguidas desde o recebimento das mateacuterias

primas ateacute a avaliaccedilatildeo agronocircmica dos fertilizantes formulados foram realizados

conforme o fluxograma apresentado na figura 4

Figura 4 - Fluxograma de execuccedilatildeo do procedimento experimental

30

31 Formulaccedilatildeo dos Fertilizantes

311 Preparaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos

A formulaccedilatildeo dos carreadores inorgacircnicos foi realizada atraveacutes da

compactaccedilatildeo das misturas em forma de pastilhas possuindo 7mm de diacircmetro e 4mm

de espessura Foram usados dois tipos de argilominerais a bentonita (argila) e a

clinoptilolita (zeoacutelita) denominados de carreadores

As esferas de ureia foram submetidas a um triturador enquanto que os

argilominerais macerados com o uso de almofariz e pistilo Ambos foram separados

em uma peneira de 45 mesh 0354 mm de abertura O material peneirado foi

misturado seguindo as proporccedilotildees maacutessicas apresentados na Tabela 1 adquirindo o

aspecto da Figura 5 (a)

Tabela 1 - Proporccedilotildees em massa dos componentes e nomenclatura dos fertilizantes

formulados

Proporccedilatildeo em massa Nomenclatura

Bentonita Clinoptiolita Ureia

1 0 4 B1U4

1 0 8 B1U8

1 0 16 B1U16

0 1 4 Z1U4

0 1 8 Z1U8

0 1 16 Z1U16

0 0 TODO Ureia Pastilhada

A mistura carreadorureia foi adicionado uma soluccedilatildeo de

polivinilpirrolidona (PVP) em aacutelcool etiacutelico com concentraccedilatildeo de 005gL e levada a

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar a 40ordmC por 10 horas para evaporaccedilatildeo de todo o

aacutelcool presente Essa soluccedilatildeo de PVP teve o objetivo de proporcionar a granulaccedilatildeo

31

da mistura para que a mesma consiga fluir durante o processo de compactaccedilatildeo

fazendo com que cada pastilha tenha aproximadamente a mesma massa

A concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo de PVPaacutelcool adicionada foi determinada

com testes experimentais em que se chegou a menor proporccedilatildeo capaz de possibilitar

a granulaccedilatildeo onde wt final de PVP na mistura foi de 13 A tabela 2 mostra as

soluccedilotildees de PVP testadas e sua fraccedilatildeo maacutessica final na massa carreadorureia

Tabela 2 - Soluccedilotildees de PVP testadas

Concentraccedilatildeo da soluccedilatildeo

de PVP (gL) Massa de fertilizante (kg)

Fraccedilatildeo maacutessica do PVP

no fertilizante

02

15

52

01 26

005 13

0 0

Apoacutes seco a mistura adquire um aspecto rochoso conforme figura 5 (b)

esse material eacute levado para um granulador oscilante figura 6 (a) com uma malha de

1mm de abertura Em um misturador tipo V figura 6 (b) eacute adicionado ao conteuacutedo

apoacutes granulaccedilatildeo 2wt de talco em poacute e 1wt de estearato os quais tem a funccedilatildeo

de reduzir a absorccedilatildeo de umidade e lubrificar as paredes da compressora

respectivamente Apoacutes misturado por 10 minutos o material foi levado a uma

compressora rotativa figura 6 (c)

Com o intuito de avaliar o efeito desses aditivos em especial o PVP no

controle da disponibilizaccedilatildeo de nitrogecircnio para o solo foram formulados pastilhas

utilizando somente ureia e os aditivos em sua composiccedilatildeo recebendo o nomenclatura

de ldquoUreia Pastilhadardquo como foi listado na tabela 1

32

(a) (b)

Figura 5 - a) Mistura BentonitaUreia b) Mistura BentonitaUreia apoacutes evaporaccedilatildeo do

aacutelcool presente na soluccedilatildeo de PVP usando uma estufa

(a) (b) (c)

Figura 6 - Equipamentos utilizados para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes com

carreadores inorgacircnicos a) Granulador Oscilante b) Misturador Tipo V c)

Compressora rotativa

A metodologia foi utilizada para todas as proporccedilotildees propostas tanto

para a bentonita quanto a clinoptilolita A compressora utilizada possui a capacidade

de compactar 6 gramas por minuto e eacute equipada com punccedilotildees do tamanho e forma

desejados Cada comprimido formulado possuiu uma massa de aproximadamente

150mg

33

32 Caracterizaccedilotildees dos Fertilizantes

As caracterizaccedilotildees tiveram como intuito conhecer os aspectos fiacutesicos

quiacutemicos e morfoloacutegicos das mateacuterias primas utilizadas (bentonita clinoptilolitae

ureia) assim como dos fertilizantes formulados Essas informaccedilotildees satildeo fundamentais

para possibilitar correlaccedilotildees entre o comportamento dos fertilizantes e suas

caracteriacutesticas

321 Fluorescecircncia de raios-X

A anaacutelise quiacutemica fornece a natureza quiacutemica do sistema de interesse

apontando a presenccedila de impurezas como quartzo oacutexidos e hidroacutexidos de ferro e de

alumiacutenio mateacuteria orgacircnica entre outros que podem influenciar no processamento do

material (SOUZA SANTOS 1989)

A fluorescecircncia de Raios-x (FRX) eacute um meacutetodo de anaacutelise quiacutemica natildeo

destrutivo o qual utiliza raios-x com comprimentos de onda que variam entre 10nm a

001nm para excitar uma amostra provocando a emissatildeo de raios-x fluorescentes

caracteriacutesticos dos elementos presentes (PARREIRA 2006) A bentonita e a

clinoptilolita foram submetidos a esse ensaio o qual possibilitou conhecer quais os

componentes presentes em sua estrutura e a identificaccedilatildeo de possiacuteveis

contaminantes capazes de modificar suas propriedades esperadas As analises foram

realizadas em um Espectrocircmetro de Fluorescecircncia de Raios-x modelo Shimadzu

EDX-720

322 Determinaccedilatildeo da aacuterea superficial e do volume de poros pelos

meacutetodos BET e BJH

O meacutetodo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) eacute uma metodologia utilizada

para determinaccedilatildeo da aacuterea superficial de um soacutelido atraveacutes da adsorccedilatildeo de um gaacutes

normalmente o nitrogecircnio na superfiacutecie da amostra em estudo Conhecendo a

34

quantidade de gaacutes adsorvido e o volume ocupado por uma moleacutecula do mesmo eacute

possiacutevel calcular a aacuterea da superfiacutecie do soacutelido

A quantidade de gaacutes adsorvido a uma temperatura fixa eacute caracterizada

por uma isoterma em funccedilatildeo da razatildeo PP0 em que P eacute a pressatildeo parcial do gaacutes e P0

eacute sua pressatildeo de vapor em que a quantidade de gaacutes adsorvido cresce com o aumento

da razatildeo PP0

A equaccedilatildeo de BET (Brunauer-Emmett-Teller) equaccedilatildeo 1 pela qual se

baseia na teoria de Langmuir possibilita a determinaccedilatildeo do volume de nitrogecircnio

adsorvido

119875

119881119905(1198750minus119875)=

1

119881119898119862+

(119862minus1)119875

1198811198981198621198621198750 (Equaccedilatildeo 1)

Em que C eacute uma constante para cada sistema e temperatura P eacute a

pressatildeo parcial do gaacutes P0 eacute a pressatildeo de vapor do gaacutes Vt eacute o volume de gaacutes

adsorvido e VmC eacute o volume de gaacutes adsorvido na monocamada

O volume de gaacutes adsorvido na monocamada VmC e a constante C satildeo

determinados atraveacutes da inclinaccedilatildeo e intersecccedilatildeo da reta obtida no graacutefico de PVt(P0-

P) em funccedilatildeo de PP0 em que

119881119898119862 =1

(119886+119887) (Equaccedilatildeo 2)

119862 = 1 +119887

119886 (Equaccedilatildeo 3)

Com isso a aacuterea superficial especiacutefica SBET (m2g-1) eacute calculada pela

equaccedilatildeo 4 em que ldquoardquo corresponde a aacuterea ocupada por uma moleacutecula de nitrogecircnio

adotando-se 162 Aring2 ldquoNrdquo eacute o nuacutemero de Avogrado 6021023 e Vmol eacute o volume molar

119878119861119864119879 =119881119898119862119886119873

119881119898119900119897 (Equaccedilatildeo 4)

35

Aplicando-se o meacutetodo de BJH (Barrett-Joyner-Halenda) eacute possiacutevel se

conhecer a distribuiccedilatildeo do tamanho do poro Esse meacutetodo se baseia na existecircncia de

uma camada adsorvida na parede do poro preenchida com o adsorbato condensado

e esvaziado (SANTANA et al 2012) O volume do poro eacute calculado por

∆119881119909 = 119877119894(∆119881119894 minus 119861119894) (Equaccedilatildeo 5)

Em que ΔVx eacute o volume de mesoporos ΔVi eacute o volume liacutequido adsorvido

Ri eacute um coeficiente adimensional que relaciona o volume de adsorbato evaporado com

o volume do poro em que ocorreu a dessorccedilatildeo e Bi eacute um termo de correccedilatildeo

Amostras da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas agrave anaacutelise de aacuterea

superficial e volume de poros pelos meacutetodos BETBJH que foram realizados no

equipamento Micromeritics ASAP 2020 em que as amostras foram previamente

submetidas a tratamento teacutermico para remoccedilatildeo de umidade e impurezas pela

elevaccedilatildeo da temperatura ateacute 350ordmC a uma taxa de 5ordmCmin a partir de entatildeo as

amostras foram submetidas agrave adsorccedilatildeo fiacutesica de nitrogecircnio a uma temperatura de

aproximadamente -196ordmC em que satildeo obtidas isotermas de adsorccedilatildeo atraveacutes da

mediccedilatildeo da quantidade de gaacutes adsorvido para valores crescentes de pressatildeo ateacute se

obter uma saturaccedilatildeo e uma isoterma de dessorccedilatildeo aquecendo a amostra

323 Dessorccedilatildeo a Temperatura Programada de NH3 (DTP)

A dessorccedilatildeo a temperatura programada (DTP) de amocircnia eacute uma teacutecnica

utilizada para se conhecer quantificar e inteirar-se dos siacutetios aacutecidos presentes nas

superfiacutecies das amostras soacutelidas Essa teacutecnica baseia-se na adsorccedilatildeo atraveacutes do fluxo

do adsorvado seguida de uma termodessorccedilatildeo

Para o teste de DTP em NH3 foram utilizadas 100mg para cada

carreador Primeiramente eles foram submetidos agrave limpeza e tratamento das

amostras o qual tem o intuito de remover impurezas Em seguida a amostra eacute

colocada em contato com um fluxo de gaacutes He a 50mLmin e aquecidas ateacute 200ordmC Em

36

seguida a mostra eacute colocada em contato com a amocircnia diluiacuteda em He (10 NH3He)

por 30 minutos a uma vazatildeo de 50mLmin nessa etapa ocorre a adsorccedilatildeo das

moleacuteculas de NH3 apoacutes essa etapa eacute passado um fluxo de gaacutes He tambeacutem a

80mLmin para a retirada da amocircnia natildeo adsorvida e realizado um novo aquecimento

ateacute a temperatura de 500ordmC onde eacute registrado a dessorccedilatildeo Essas anaacutelises foram

realizadas a taxa de aquecimento de 10 15 e 20ordmCmin

324 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Foram determinados os iacutendices de plasticidade dos argilomineirais

seguindo a NBR 6459 pela qual descreve o procedimento para determinaccedilatildeo do limite

de liquidez a NBR 7180 correspondente ao limite de plasticidade assim como a NBR

6457 que se refere sobre a preparaccedilatildeo das amostras para os ensaios De acordo com

a norma o iacutendice de plasticidade (IP) eacute determinado pela equaccedilatildeo 6

119868119875 = 119871119871 minus 119871119875 (Equaccedilatildeo 6)

Em que LL eacute o limite de liquidez e LP o limite de plasticidade

Segundo a NBR 6459 o limite de liquidez eacute a quantidade de umidade do

solo onde o mesmo muda de um estado com aspecto liacutequido para um estado de

aspecto plaacutestico Esse teste eacute realizado com o auxiacutelio do aparelho de Casagrande

figura 7 na qual uma mistura homogecircnea de argila com aacutegua eacute colocada no aparelho

de modo a ocupar 23 da superfiacutecie da concha

37

Figura 7 - Representaccedilatildeo esquemaacutetica do aparelho de Casa Grande

Fonte NBR 6459

Com o uso de um cinzel se faz uma ranhura no meio da massa

separando-a em aproximadamente duas partes iguais Gira-se a manivela do aparelho

a uma velocidade de duas batidas por segundo ateacute as partes se encostarem

fechando a abertura

Retira-se uma pequena quantidade do material e leva-se para uma

estufa obtendo o valor da massa uacutemida seca a quantidade de aacutegua e o nuacutemero de

batidas necessaacuterio para haver o fechamento da ranhura naquela amostra Esse

procedimento eacute repetido para intervalos de batidas especificados pela norma com os

resultados se constroacutei um graacutefico relacionando o nuacutemero de batidas com o teor de

umidade onde atraveacutes da equaccedilatildeo do graacutefico se conhece o teor de umidade para 25

batidas esse valor corresponde ao limite de liquidez do material

Para determinaccedilatildeo do limite de plasticidade coloca-se a amostra da

argila em um recipiente adiciona-se aacutegua ateacute se obter uma massa homogecircnea capaz

de ser moldada em forma de um cilindro sem ranhuras com 3mm de diacircmetro e 10 cm

de comprimento Cinco cilindros devem ser moldados e levados a aquecimento ateacute

evaporar toda a umidade O limite de plasticidade corresponde agrave meacutedia dos teores de

umidade das amostras

38

As amostras iniciais da bentonita e da zeoacutelita foram submetidas a essa

anaacutelise que foi realizada no Laboratoacuterio de Processamento Ceracircmico do Programa

de Poacutes Graduaccedilatildeo em Ciecircncia e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do

Rio Grande do Norte

324 Difraccedilatildeo de raios-X

Para se conhecer as fases cristalinas presentes nas amostras assim

como do fertilizante formulados realizou-se o teste de Difraccedilatildeo de Raios-X (DRX)

Essa teacutecnica baseia-se na incidecircncia raios-x sobre a amostra que devido ao seu

comprimento de onda possui a capacidade de penetrar no material e ser difratado ao

se chocar com os aacutetomos do mesmo A forma como esses feixes satildeo difratados

permite a determinaccedilatildeo do arranjo dos aacutetomos na rede A lei de Bragg equaccedilatildeo 7

relaciona o acircngulo de difraccedilatildeo e a distacircncia entre os planos (ALBERS et al 2002)

119899120582 = 2119889119904119890119899120579 (Equaccedilatildeo 7)

Em que

n = nuacutemero inteiro

120582 = comprimento de onda dos raios-x incidentes

d = distacircncia interplanar

120579 = acircngulo de difraccedilatildeo

Os ensaios de DRX foram realizados em um Difratocircmetro de Raios-X

com velocidade do goniocircmetro de 5ordmmin radiaccedilatildeo CuKɑ (120582 = 154 Å) com 40kV 30

mA e 2θ de 5ordm a 70ordm Todas as mateacuterias primas usadas (clinoptilolita bentonita ureia

talco e estearato) assim como os fertilizantes produzidos foram submetidos a este

ensaio na forma de poacute Para a identificaccedilatildeo das fases presentes nos argilominerais

foi utilizado o software PANalytical XPert HighScore

39

325 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

A espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

(FTIR) eacute um meacutetodo fiacutesico para determinaccedilotildees de bandas de energia relacionados agrave

estrutura molecular e ligaccedilotildees quiacutemicas Baseia-se na teoria que a maioria dos

compostos apresentam absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo em regiotildees de frequecircncia especiacutefica

que variam de acordo com a estrutura composiccedilatildeo e o modo de vibraccedilatildeo das

moleacuteculas pelo qual eacute quantificado atraveacutes da capacidade do elemento de absorver

transmitir ou refletir radiaccedilatildeo infravermelho

O FTIR oferece uma elevada sensibilidade resoluccedilatildeo e rapidez de

registro o que poderaacute facilitar identificar possiacuteveis interaccedilotildees entre os constituintes da

ureia com as estruturas das fases correspondentes a clinoptilolita e a bentonita Os

espectros foram obtidos atraveacutes de um espectofotocircmetro de infravermelho por

Transformada de Fourier modelo IRAffinity fabricado pela Shimadzu com uma

resoluccedilatildeo de 4cm-1 e uma faixa de 400 a 4000 cm-1 com 32 varreduras no modo de

transmitacircncia Para isso as amostras em poacute foram misturadas com KBr e com o uso

de um molde adequado e uma prensa formado pastilhas que foram analisadas

326 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A termogravimetria eacute uma anaacutelise em que a variaccedilatildeo de massa da

amostra eacute quantificada em funccedilatildeo de um aquecimento programado a uma atmosfera

adequada A perda de massa quando a amostra se torna instaacutevel termicamente

iniciando a liberaccedilatildeo de volaacuteteis eacute caracterizada pelas temperaturas inicial e final de

decomposiccedilatildeo em que a temperatura de pico ponto de inflexatildeo da curva (TG) eacute

identificado como o instante em que a massa varia rapidamente (PEREIRA 2013)

Atraveacutes da teacutecnica de Calorimetria Exploratoacuteria Diferencial (DSC) satildeo

identificadas alteraccedilotildees fiacutesicas como transiccedilotildees de fase e quiacutemicas como reaccedilotildees

capazes de provocarem efeitos teacutermicos onde esses feitos podem ser de caraacuteter

endoteacutermicos ou exoteacutermicos identificados com curva para baixo ou para cima

respectivamente (IONASHIRO GIOLITO 2004)

40

A ureia foi submetida agraves anaacutelises de TGDSC atraveacutes de uma

termobalanccedila modelo STA 449 F3 da Netzsch com uma temperatura inicial e final de

30ordmC e 300ordmC respectivamente taxa de aquecimento de 10ordmCmin e atmosfera de ar

sinteacutetico com uma vazatildeo de 60mLmin Todas as amostras de fertilizantes formulados

tambeacutem foram submetidas a essa mesma metodologia poreacutem com uma temperatura

final de 500ordmC visto que os argilominerais apresentam maior resistecircncia teacutermica

Com o intuito de se conhecer o comportamento teacutermico da ureia quanto

a formaccedilatildeo do biureto amostras de ureia foram submetidas a aquecimento por 1h em

uma estufa com circulaccedilatildeo de ar nas seguintes temperaturas 120 140 160 e 180ordmC

Apoacutes recristalizaccedilatildeo a temperatura ambiente essas amostras foram submetidas as

anaacutelises de TGDSC sobre as mesmas condiccedilotildees estabelecidas para todos os

fertilizantes e comparado seus respectivos comportamentos

327 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV) e Espectometria de

energia dispersiva de raios- x (EDS)

A microscopia eletrocircnica por varredura (MEV) eacute uma teacutecnica

amplamente utilizada na ciecircncia dos materiais a qual permite a caracterizaccedilatildeo

microestrutural da amostra

O MEV eacute capaz de produzir imagens de alta ampliaccedilatildeo e resoluccedilatildeo

nessa teacutecnica a superfiacutecie da amostra a ser analisada eacute bombardeada e varrida por

feixes de eleacutetrons por um filamento de tungstecircnio mediante a aplicaccedilatildeo de uma

diferenccedila de potencial Como resultado a mostra emite uma seacuterie de radiaccedilotildees como

eleacutetrons secundaacuterios retroespelhados e foacutetons os quais satildeo captados por um

detector o sinal eacute interpretado formando a imagem correspondente

O EDS eacute um acessoacuterio instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV o qual

capta a energia associada agraves variaccedilotildees de aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons possibilitando se

determinar quais os elementos quiacutemicos presentes em determinados pontos da

amostra

Uma superfiacutecie de fraturada dos fertilizantes formulados foram

analisados no microscoacutepio eletrocircnico de varredura de eleacutetrons secundaacuterios do

41

Laboratoacuterio de Ensaios de Materiais (LabMat) do Centro de Tecnologia do Gaacutes e

Energia Renovaacutevais (CTGAS-ER)

33 Avaliaccedilatildeo Agronocircmica

332 Determinaccedilatildeo do 119925119925119919120785 perdido por volatilizaccedilatildeo

Com o intuito de avaliar as perdas de 1198731198731198673 por volatilizaccedilatildeo

provenientes das misturas de ureia compactada com bentonita ureia compactada

com a clinoptilolita e ureia pura compactada com os aditivos realizou-se um

experimento em casa de vegetaccedilatildeo nos meses de julho a agosto utilizando a

metodologia de captura de 1198731198731198673 calibrada por ARAUacuteJO et al (2009) de coletor semi-

aberto estaacutetico figura 8

Figura 8 - Esquema de cacircmara coletora com sistema semi-aberto livre estaacutetico

(SALE) adaptado e calibrado por ARAUacuteJO et al 2009

Fonte Autor

42

A cacircmara semi-aberta livre estaacutetica (SALE) eacute composta por uma garrafa

de politereftalato de etileno (PET) sem a base com volume de 2l e aacuterea da base de

0008m2 No interior da garrafa eacute acondicionado o sistema absorvedor de amocircnia o

qual eacute constituiacutedo por uma lacircmina de espuma de poliuretano com 3mm de espessura

25 cm de largura e 25 cm de comprimento frasco plaacutestico de 50ml contendo 10ml da

soluccedilatildeo absorvedora constituiacuteda por uma soluccedilatildeo de H2SO4 1mol dm-3 mais glicerina

(2 vv) um fio riacutegido de aproximadamente 15 mm de diacircmetro o qual suspende

verticalmente a espuma que estaraacute em contato com a soluccedilatildeo absorvedora contida

dentro do frasco A espuma eacute comprimida no frasco de maneira a absorver boa parte

da soluccedilatildeo e eacute acondicionada no mesmo de maneira fechada ateacute ser levado ao solo

figura 9

Figura 9 - Esquema dos potes com a soluccedilatildeo absorvedora e espuma de poliuretana

antes de ser levado agrave casa de vegetaccedilatildeo

O solo utilizado foi o Planossolo Haacuteplico de textura arenosa pelo qual foi

coletado da camada superficial com profundidade de 0-20cm O mesmo por estar

uacutemido no dia da coleta foi seco ao ar destorroado e peneirado com uma malha de

4mm de abertura

Com o objetivo de potencializar a accedilatildeo da enzima urease sobre os

fertilizantes o solo foi submetido agrave calagem metodologia responsaacutevel pela elevaccedilatildeo

do pH de 55 para 65 obedecendo a curva de neutralizaccedilatildeo proposta por

43

STEFANATO (2009) Para tal procedimento o solo foi homogeneizado com uma

dosagem de calcaacuterio 100 PRNT adicionou-se aacutegua referente a 70 da sua

capacidade de campo e encubado por 20 dias coberto com uma lona plaacutestica

protegido de iluminaccedilatildeo ateacute que o pH se estabilizasse em 65

Oito quilogramas de solo com o pH corrigido e completamente seco foi

adicionado em bandejas plaacutesticas unidades experimentais com 01m2 e 10cm de

profundidade as quais foram colocadas em bancadas dentro da casa de vegetaccedilatildeo

O experimento foi composto por 51 unidades experimentais figura 10

avaliando oito tipos de fertilizantes B11U4 B11U8 B11U16 Z1U4 Z1U8 Z1U16

ureia pastilhada ureia perolizada como referecircncia e solo sem adubaccedilatildeo como

controle Para cada um dos fertilizantes foram estudadas duas dosagens equivalentes

a 100 e 200 kgha-1 de N com trecircs repeticcedilotildees adotando-se um delineamento

experimental inteiramente casualizado em que a distribuiccedilatildeo das unidades

experimentais ocorreu de maneira aleatoacuteria

O teor de nitrogecircnio presente em cada fertilizante foi determinado por

um analisador de nitrogecircnioproteiacutena Rapid N exceed O conhecimento da

porcentagem de nitrogecircnio presente em cada tratamento eacute fundamental para se

determinar a massa de fertilizante necessaacuteria para a dose de nutriente a ser aplicada

Figura 10 - Demonstraccedilatildeo das unidades experimentais

44

Com o intuito de potencializar a accedilatildeo da enzima urease presente no solo

foi adicionado a cada bandeja um volume de aacutegua correspondente a 70 da

capacidade de campo do solo o qual foi mantido entre 50 e 70 durante todo o

procedimento experimental Posteriormente os fertilizantes foram distribuiacutedos

manualmente sobre cada bandeja respeitando a dosagem de 100 e 200 kgha-1 de N

devidamente identificada de maneira uniforme na superfiacutecie do solo onde em seguida

foram colocadas as armadilhas figura 11

(a) (b) (c)

Figura 11 - a) Distribuiccedilatildeo da ureia na superfiacutecie da unidade experimental b)

distribuiccedilatildeo da B1U4 na superfiacutecie da unidade experimental c) Implementaccedilatildeo dos

coletores semiaberto estaacuteticos

Os meacutetodos de quantificaccedilatildeo do 1198731198731198673volatilizado podem ser diretos ou

indiretos No direto ocorre a captura da amocircnia volatilizada podendo ser

procedimentos micrometeoroloacutegicos ou de incubaccedilatildeo correspondendo ao fechado-

estaacutetico fechado-dinacircmico ou semi-aberto estaacutetico Jaacute o indireto se baseia no balanccedilo

isotoacutepico de 15N (ARAUacuteJO 2008) Dentre esses meacutetodos o que melhor quantifica o

nitrogecircnio amoniacal volatilizada eacute o micrometeoroloacutegico e o balanccedilo isotoacutepico 15N

porem essas metodologias satildeo de elevado custo e de difiacutecil aplicabilidade em campo

sendo entatildeo aplicadas somente para calibraccedilatildeo das outras formas de quantificaccedilatildeo

Dentre as metodologias de quantificaccedilatildeo de 1198731198731198673 volatilizado a que

melhor se aplica sem influenciar drasticamente as condiccedilotildees na superfiacutecie do solo

como temperatura pressatildeo vapor e umidade eacute o sistema de incubaccedilatildeo semi-aberto

estaacutetico (ARAUacuteJO 2008 LARA E TRIVELIN 1990) metodologia proposta por Noumlnmik

45

(1973) modificada por Lara e Trivelin (1990) e Lara et al (1999) e adaptada e

calibrada por Arauacutejo et al (2009)

Durante os seis primeiros dias onde normalmente eacute esperado que

acorram os picos de volatilizaccedilatildeo foram utilizadas em cada bandeja duas armadilhas

as quais eram movimentados apoacutes cada coleta objetivando diminuir possiacuteveis

variaccedilotildees experimentais A partir do 7ordm dia uma delas foi removida de cada unidade

experimental tendo em vista que a partir de entatildeo as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo

bastante reduzidas As coletas consistiam na troca dos potes com a soluccedilatildeo

absorvedora e espuma figura 12 e foram feitas diariamente durante seis dias sendo

espaccedilada para dois dias de intervalo ateacute a 15ordm coleta e aumentado para trecircs ateacute a 18ordm

e uacuteltima coleta totalizando um mecircs de experimento A anaacutelise na amocircnia volatilizada

foi realizada de acordo com o proposto por ARAUacuteJO et al (2009)

Figura 12 - Esquema das coletas com a troca das espumas e potes de soluccedilatildeo

coletora

46

As espumas coletadas satildeo novamente acondicionadas no frasco pelo

qual eacute adicionado 30 ml de aacutegua destilada agitado e pesado Uma aliacutequota de 10 ml

eacute removida a analisado por meio de destilaccedilatildeo proposta por Tedesco et al (1995) Agrave

aliacutequota de 10ml eacute adicionado 20ml de soluccedilatildeo diluiacuteda de NaOH (35) responsaacutevel

pela alcalinizaccedilatildeo da soluccedilatildeo como mostra a equaccedilatildeo 8

1198731198674+ + 119874119867minus harr uarr 1198731198673 + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 8)

Durante a destilaccedilatildeo o vapor de aacutegua provoca a volatilizaccedilatildeo de amocircnia

No condensador a equaccedilatildeo 9 ocorre no sentido da direta para a esquerda em que o

condensado eacute recolhido em soluccedilatildeo indicadora de aacutecido boacuterico

11986731198611198743 + 119874119867minus harr 11986721198611198743minus + 1198672119874 (Equaccedilatildeo 9)

A titulaccedilatildeo entatildeo eacute realizada com soluccedilatildeo diluiacuteda de aproximadamente

0025M de H2SO4

119867+ + 11986721198611198743_ harr 11986731198611198743 (Equaccedilatildeo 10)

Um indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila em

aacutecido boacuterico possibilita a mudanccedila de cor no intervalo de pH entre 48 e 56 durante a

titulaccedilatildeo

Detendo os pesos dos frascos antes e depois de exposto a superfiacutecie do

solo com o fertilizante o teor de Nitrogecircnio volatilizado para cada coleta eacute determinado

pela equaccedilatildeo

119898119892 119889119890 119873 119907119900119897119886119905119894119897119894119911119886119889119900 = 119898119897 119889119890 11986721198781198744 times 119872119873 times (120578[11986721198781198744]) times (119881119904119900119897119906ccedilatilde119900

119886119897119894119902119906119900119905119886)

(Equaccedilatildeo 11)

47

Em que ldquo119898119897 119889119890 11986721198781198744rdquo corresponde ao volume de aacutecido necessaacuterio para

a titulaccedilatildeo MN corresponde a massa atocircmica do nitrogecircnio ldquo[11986721198781198744]rdquo a normalidade

do aacutecido usado na titulaccedilatildeo e ldquo119881119904119900119897119906ccedilatilde119900rdquo representa o volume soluccedilatildeo apoacutes adiccedilatildeo da

aacutegua considerando a densidade igual a 1

De acordo a calibraccedilatildeo realizada por ARAUacuteJO (2008) para se obter a

quantidade real de 1198731198731198673 volatilizado deve-se multiplicar a quantidade absorvida pelo

coletor SALE e calculada pela equaccedilatildeo 12 pelo fator multiplicativo 149 Aleacutem disso

sabendo-se que a massa de nitrogecircnio volatilizado obtido em cada coletor eacute

correspondente a aacuterea da base da garrafa 0008 m2 e conhecendo-se a aacuterea da

superfiacutecie da bandeja 01 m2 eacute necessaacuterio aplicar um fator de correccedilatildeo para se

extrapolar esse resultado para toda a aacuterea da unidade experimental Admitindo-se VB

como o volatilizado em toda a bandeja e VP como o volatilizado na aacuterea da base da

garrafa PET temos

119881119861 =119881119875119860119861119886119899119889119890119895119886

119860119875119864119879 (Equaccedilatildeo 12)

119881119861 =01

0008119881119875

119881119861 = 125119881119875

Portanto para cada teor de nitrogecircnio volatilizado eacute aplicado um valor

de correccedilatildeo de 125

Capitulo 4

Resultados e Discussotildees

49

4 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

Os fertilizantes obtidos a partir do processo de compactaccedilatildeo em

compressora rotativa figura 13 apresentaram rapidez de produccedilatildeo uniformidade

entre o tamanho e massa de todas as pastilhas as quais variaram em torno de 150 e

160mg aleacutem de facilidade de manuseio e armazenamento

Figura 13 - Fertilizantes formulados por compactaccedilatildeo em compressora rotativa

Com o objetivo de conhecer um pouco sobre a resistecircncia quanto a

dissoluccedilatildeo das pastilhas formuladas cada uma foi colocada em um beacutequer contendo

10ml de aacutegua destilada e observado com quanto tempo cada fertilizante comeccedila a se

desfazer Para a amostra de ureia foi adicionado 150mg no backer com aacutegua massa

equivalente de cada pastilha figura 14 (a)

As pastilhas desenvolvidas com a bentonita se desfizeram

completamente com apenas 40 minutos de imersatildeo figura 14 (b) com exceccedilatildeo da

formulaccedilatildeo B1U16 que apresentou ser mais resistente do que as demais A

propriedade das bentonitas de absorccedilatildeo de aacutegua e inchamento faz com que os

fertilizantes com esse argilomineral possuam muita afinidade com a aacutegua

Os fertilizantes formulados com a clinoptilolita apresentam uma maior

resistecircncia em que para todas as composiccedilotildees Z1U4 Z1U8 e Z1U16 foi iniciado o

desmanche das pastilhas somente apoacutes 2h30minutos de imersatildeo em aacutegua figura

50

14(c) Esse fato pode ser justificado pela caracteriacutestica da zeoacutelita de possuir poros

com diacircmetro fixo que natildeo incham como a bentonita ao serem solubilizados

Observa-se tambeacutem que a formulaccedilatildeo Ureia Pastilhada apresentou

maior resistecircncia se comparado com B11U4 e B11U8 isso mostra que a soluccedilatildeo de

PVP confere ao fertilizante maior controle da hidrolise do que a proacutepria bentonita

(a)

(b)

51

(c)

Figura 14 - Fertilizantes sob imersatildeo de aacutegua a) Fertilizantes imediatamente apoacutes

ser adicionado ao backer com aacutegua b) Apoacutes 40 minutos c) Apoacutes 2h30min

41 Caracterizaccedilotildees

411 Fluorescecircncia de raios-X

A tabela 3 mostra os resultados da caracterizaccedilatildeo quiacutemica por meio da

teacutecnica de fluorescecircncia de raio-x para a bentonita e a clinoptilolita

Tabela 3 - Composiccedilatildeo quiacutemica da clinoptilolita e bentonita obtidos atraveacutes da

fluorescecircncia de Raios-x

Composiccedilatildeo () Identificaccedilatildeo

Clinoptilolita Bentonita

SiO2 6873 6554

Al2O3 1191 1088

Fe2O3 602 1959

MgO ---- 152

CaO 93 079

TiO2 08 111

52

K2O 273 017

SrO ---- 017

BaO 029 ----

MnO 012 ----

Contaminantes 023 023

Os resultados obtidos para a bentonita indicaram forte presenccedila de ferro

resultado das substituiccedilotildees isomoacuterficas na camada 21 entre Al+3 por Fe+3 e Fe+2

atribuindo a argila usada uma coloraccedilatildeo marrom Aleacutem disso observa-se a presenccedila

de caacutelcio caracterizando-a como caacutelcica possuindo assim baixa capacidade de

inchamento na presenccedila de aacutegua

A Clinoptilolita apresenta uma composiccedilatildeo quiacutemica que se encaixa

dentro das faixas de composiccedilatildeo normalmente verificadas para este tipo de mineacuterio

notadamente para os oacutexidos SiO2 e Al2O3 confirmando a formula geral da clinoptilolita

fornecida pela empresa que a disponibilizou como Na3K3[Al6Si30O72]20H2O

412 Adsorccedilatildeo de N2 pelos meacutetodos de BETBJH e TPD-NH3

Os resultados dos ensaios de adsorccedilatildeo de N2 para determinaccedilatildeo da aacuterea

superficial pelo meacutetodo BET volume de poros pelo meacutetodo BJH e de dessorccedilatildeo de

NH3 a temperatura programada (TPD- NH3) satildeo apresentados na tabela 4

Tabela 4 - Resultados de BET volume de poros e TPD-NH3 obtidos para a

clinoptilolita e a bentonita

Amostra BET (m2g-1) Vporos

(cm3g-1)

TPD-NH3

(micromol NH3 g-1)

Clinoptilolita 66 066 080

Bentonita 124 023 008

53

Com esses resultados constatou-se que a clinoptilolita possui uma

capacidade de adsorccedilatildeo de amocircnia dez vezes maior do que a bentonita Isso se daacute

devido ao fato da zeoacutelita possuir um volume de poros trecircs vezes maior do que a argila

comprovado pelo BJH resultado do seu arranjo tridimensional promovendo a

distribuiccedilatildeo de siacutetios ativos capazes de interagir a absorver os iacuteons NH4+

Com os resultados obtidos com o meacutetodo BET certifica-se que a argila

usada para a formulaccedilatildeo dos fertilizantes dispotildee de uma aacuterea superficial

aproximadamente duas vezes maior do que a zeoacutelita Contudo os resultados

apontaram que a porosidade possui maior influecircncia para a distribuiccedilatildeo dos siacutetios de

adsorccedilatildeo do que a aacuterea superficial constatando que a clinoptilolita apresenta maior

afinidade com a amocircnia do que a bentonita

413 Iacutendice de plasticidade e limite de liquidez

Na figura 15 eacute identificado o valor encontrado para o limite de liquidez

usado para o caacutelculo do iacutendice de plasticidade Devido a baixa plasticidade da zeoacutelita

natildeo foi possiacutevel seu manuseio impossibilitando a determinaccedilatildeo do limite de liquidez

e de plasticidade Na tabela 5 satildeo apresentados os valores IP LL LP e sua

classificaccedilatildeo segundo Jenkins para a amostra de bentonita

Figura 15 - Graacutefico do limite de liquidez para a bentonita

y = 00145x2 - 13546x + 16546Rsup2 = 09738

130

135

140

145

150

1 10 100

Teo

r d

e u

mid

ade

Log10 nordm de pancadas

Seacuterie1

Polinocircmio (Seacuterie1)

119871119871 = 1406575

54

Tabela 5 - Iacutendice de plasticidade dos argilominerais

Argilomineral LL LP IP Classificaccedilatildeo

Bentonita 14066 7982 6084 Altamente Plaacutestica

Clinoptilolita - - - -

Os resultados mostram que a bentonita eacute adequada para deformaccedilatildeo

plaacutestica enquanto que a zeoacutelita como o jaacute previsto devido ao seu arranjo molecular

natildeo apresenta caracteriacutestica de plasticidade Contudo para a teacutecnica adotada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes a falta de plasticidade natildeo seraacute um fator excludente a

capacidade de troca de caacutetions e a possibilidade de interaccedilatildeo com os iacuteons amocircnia

proveniente da ureia eacute o principal fator para a escolha dos argilominerais

caracteriacutesticas que foram avaliadas pelas anaacutelises de volume de poros aacuterea

superficial e a quantificaccedilatildeo dos siacutetios aacutecidos onde a zeoacutelita demostrou ser mais

adequada quanto a possibilidade de interaccedilotildees com a ureia do que a bentonita

414 Difraccedilatildeo de raios-x

A argila a zeoacutelita a ureia o talco e o estearato usados na formulaccedilatildeo

dos fertilizantes foram submetidas a anaacutelises de difraccedilatildeo de raio-X separadamente

com o intuiacutedo de se conhecer as fases constituintes das mateacuterias-primas As figuras

16 (a) e 16 (b) correspondem a esses difratogramas

55

(a)

(b)

Figura 16 - Difratogramas das mateacuterias-primas para os carreadores inorgacircnicos a)

Bentonita e Clinoptilolita b) Ureia estearato e talco onde M=montimorilonita

C=clinoptilolita

56

Observa-se que nos dois argilominerais as difraccedilotildees das fases

primaacuterias e em predominacircncia satildeo dos argilominerais esperados montimorilonita para

a argila e clinoptilolita para a zeoacutelita Os difratogramas com picos bem definidos da

ureia e do talco mostraram que ambos satildeo materiais que apresentam elevada

cristalinidade enquanto que o estearato apresentou picos mais alargados e pouco

definidos

O mesmo ensaio foi realizado para as amostras de fertilizantes

formulados com a bentonita em diferentes concentraccedilotildees de ureia B1U4 B1U8

B1U16 Seus respectivos difratogramas encontram-se na figura 17

Figura 17 - Difratogramas dos fertilizantes formulados usando bentonita como

carreador onde T= picos caracteriacutesticos do talco U=picos caracteriacutesticos da ureia

57

Devido a ureia ser o componente em maior proporccedilatildeo para todos os

casos seus picos caracteriacutesticos camuflam os dos outros componentes sendo

detectados somente os principais picos da ureia e apenas um traccedilo do talco Em todas

as composiccedilotildees formuladas observa-se o pico de difraccedilatildeo (2120579) eacute similar ao da ureia

em torno de 2246ordm

Uma comparaccedilatildeo da semelhanccedila entre os picos da ureia e das amostras

produzidas eacute mostrado na figura 18 onde os difratogramas de todos os constituintes

dos fertilizantes assim como todas as formulaccedilotildees foram sobrepostos comprovando

que os picos detectados satildeo na maioria equivalentes aos da ureia

58

(a)

(b)

(c)

Figura 18 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a

b

c

59

Analisando os difratogramas da figura 18 natildeo eacute evidenciado os picos

referentes agrave bentonita com isso para esse caso natildeo podemos afirmar se houve ou

natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nas lamelas da montimirilonita pois essa afirmaccedilatildeo soacute seria

possiacutevel caso ocorresse o deslocamento para menores de 2θ do primeiro pico do

mineral onde comprovaria se ocorreu o afastamento do espaccedilamento basal das

lamelas do argilomineral

Quanto a zeoacutelita se observa o mesmo comportamento encontrado na

argila onde os difratogramas das amostras formuladas evidenciam as fases presentes

somente na ureia figura 19 Uma comparaccedilatildeo pico a pico para todas as formulaccedilotildees

tambeacutem eacute esquematizado na figura 20

Figura 19 - Difratogramas dos fertilizantes formulados possuindo como carreador a

zeoacutelita

60

(a)

(b)

(c)

Figura 20 - Comparaccedilatildeo entre os picos dos fertilizantes formulados com os das mateacuterias primas

a b

c

61

Contudo mesmo que natildeo seja possiacutevel evidenciar a intercalaccedilatildeo da

ureia nas lamelas da montimorilonita devido a teacutecnica aplicada para a formulaccedilatildeo dos

fertilizantes espera-se que essa intercalaccedilatildeo natildeo tenha sido provocada pois a

compactaccedilatildeo natildeo eacute um meacutetodo caracteriacutestico de promoccedilatildeo da intercalaccedilatildeo Jaacute a

clinoptilolita devido a sua estrutura riacutegida eacute provavel que as partiacuteculas de ureia se

alojem nas suas cavidades

Ainda eacute possiacutevel ocorrer a absorccedilatildeo da amocircnia pelos argilominerais a

medida que ureia eacute hidrolisada no solo fato que pode ser constatado pela afinidade

com iacuteons NH4+ realizado pela teacutecnica de TPD de NH3 e pela avaliaccedilatildeo agronocircmica

Ao comparar os difratogramas da ureia pastilhada com a ureia perolada

figura 21 obtemos resultados muito semelhantes como jaacute era previsto com variaccedilotildees

observadas somente na intensidade dos picos

Figura 21 - Difratogramas da ureia e da patilha formulada sem carreadores

62

415 Espectrofotometria de infravermelho por transformada de Fourier

Os espectros de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) dos

componentes utilizados para a formulaccedilatildeo das pastilhas de fertilizante se encontram

nas figuras 22 (a) e (b) Para a ureia haacute a ocorrecircncia de picos caracteriacutesticos nos

comprimentos 3449 e 3350 cm-1 correspondentes aos estiramentos simeacutetricos e

assimeacutetricos respectivamente do agrupamento NH2 as vibraccedilotildees a 1685 e 1607

estatildeo associadas agrave deformaccedilatildeo axial da ligaccedilatildeo C=O da moleacutecula da ureia (WANYKA

2014 XIAOYU 2013) Em 1463 1159 789 e 554 cm-1 satildeo relacionados aos

agrupamentos HndashH OH devido a absorccedilatildeo de aacutegua estiramento simeacutetrico

intratetraedros e interaccedilatildeo atocircmica respectivamente (SILVERSTEIN et al 2007

RUIZ 2005)

Os picos em 3443 3645cm-1 1637 e 1640cm-1 presentes nos espectros

da clinoptilolita e da bentonita satildeo referentes a aacutegua absorvida pela pastilha de KBr

(RUIZ 2005) Em 1063 e 1045cm-1 observam-se os picos relacionados a estiramentos

assimeacutetricos intratetraedos enquanto que na bentonita se detecta o pico em 795cm-1

associado a estiramentos simeacutetricos intratetraedros de T-O-T em que T pode ser Si

Al eou Fe Na clinoptilolita ainda haacute a ocorrecircncia de um pico a 604cm-1 relacionado a

organizaccedilatildeo a curta distacircncia resultado da estrutura desse carreador (RUIZ 2005)

63

(a)

(b)

Figura 22 - Espectros de FTIR das mateacuterias primas onde (a) corresponde agrave

bentonita clinoptilolita e ureia e (b) corresponde ao talco o estearato e o PVP

64

Para o PVP destacam-se os picos a 2957 1661 e 1280cm-1 o primeiro

estaacute associado a estiramentos 120592 (C-H) o segundo agrave ligaccedilatildeo C-C predominante no

poliacutemero e o uacuteltimo a ligaccedilatildeo C-N presente nas aminas aromaacuteticas (SILVERSTEIN et

al 2007 PAVIA2 1996 apud RUIZ 2005) No talco se observa agrupamento a

3675cm-1 resultado da absorccedilatildeo de aacutegua em 1010 670 e 458 observam-se os picos

associados a organizaccedilatildeo inter intratetraedros a siacutelica tetraeacutedrica e ao estiramento

assimeacutetrico da ligaccedilatildeo Si-O-Si respectivamente (COSTA 2013 RUIZ 2005) Para o

estearato haacute a ocorrecircncia de espectros em 2920 e 2846 cm-1 relacionados a

estiramento 120592 (C-H) em 1581 cm-1 caracteriacutestico do agrupamento C=O enquanto que

471 1115 e 722 estatildeo associados a deformaccedilatildeo 120575 (C-H) agrave ligaccedilatildeo C-O e a ligaccedilatildeo

C-H respectivamente (ROBERT et al 2007 PAVIA3 1996 apud RUIZ 2005)

Os espectros de FTIR para as amostras formuladas possuindo como

carreador a bentonita satildeo semelhantes ao espectro correspondente a ureia como

mostra a figura 23 Os picos entre 3445 e 3350 cm-1 presentes em todas as amostras

relacionados as vibraccedilotildees de estiramentos simeacutetricos e assimeacutetricos do NH2 em que

se observa um pequeno deslocamento do primeiro pico em relaccedilatildeo ao da ureia Os

picos em 2914 e 2851 cm-1 coincidem com os detectados no estearato referentes a

estiramento 120592 (C-H) tambeacutem apresentaram um pequeno deslocamento Em 1678 e

1619 cm-1 tambeacutem observados na ureia satildeo equivalentes agrave deformaccedilatildeo axial da

carbonila (C=O) referentes agrave moleacutecula de ureia ((NH2)2CO) Em 1463 e 1153 cm-1 satildeo

identificados os estiramentos relacionados aos agrupamentos HndashH e OH

respectivamente Em 1034 cm-1 o qual eacute identificado somente nos fertilizantes

formulados (B1U4 B1U8 e B1U16) estaacute relacionado a vibraccedilatildeo Si-O-Al ligaccedilatildeo

presente no argilomineral (XIAOYU 2013 WANYKA 2014) Em 789 e 556 cm-1 ainda

satildeo detectados comprimentos de onda associados a estiramentos simeacutetricos

intratetraedos e organizaccedilatildeo a curta distacircncia

2 PAVIA D L LAMPMAN GM KRIZ G S Introduction to Spectroscopy New York Sanders College Publishing (1996)

65

Figura 23 - Espectros de FTIR para a ureia e as amostras produzidas com a

bentonita

A figura 24 mostra os espectros obtidos para as amostras formuladas

utilizando como carreador a clinoptilolita Nela podemos observar que os espectros

satildeo semelhantes aos obtidos nas amostras com a bentonita em que se observa os

picos referentes a moleacutecula de NH2 em 3424 e 3330 cm-1 e de C=O em 1672 e 1598

cm-1 os picos relacionados aos estearato em 2920 e 2846 cm-1 associados aos

estiramentos 120592 (C-H) 1463 1154 1007 e 785 cm-1 satildeo relacionados dos

agrupamentos ndashH2 OH organizaccedilatildeo inter intratetraedros e estiramento simeacutetricos

intratetraedros respectivamente

66

Figura 24 - Espectros FTIR para os fertilizantes produzidos com a clinoptilolita

A ocorrecircncia de variaccedilotildees pouco significativas entre os espectros em

relaccedilatildeo aos da ureia comprova que natildeo houveram interaccedilotildees quiacutemicas entre a ureia

e os carreadores talco estearato e PVP Aleacutem disso assim como o que ocorreu com

as anaacutelises na difraccedilatildeo de raios x (DRX) devido ao carreador e aos aditivos estarem

presentes no fertilizante formulado numa proporccedilatildeo bem menor do que ao da ureia

seus picos caracteriacutesticos se camuflam os da ureia tornando-se mais difiacutecil sua

detecccedilatildeo

Comparando ainda a ureia perolada e a ureia pastilhada figura 25

observamos que todos o espectros satildeo muito semelhantes ao da ureia com exceccedilatildeo

67

dos picos de pequena intensidade em 2920 e 2856 cm-1 associados aos estiramentos

120592 (C-H) presentes na moleacutecula de estearato de magneacutesio

Figura 25 - Espectros de Infravermelho das amostras de ureia perolada ureia

pastilhada e o estearato

68

416 Anaacutelise termogravimeacutetrica e calorimetria exploratoacuteria diferencial

A figura 26 mostra as curvas de TG e DSC da ureia utilizada para a

formulaccedilatildeo dos fertilizantes Observa-se que entre 130 e 225ordmC haacute a ocorrecircncia do

primeiro pico endoteacutermico acarretando na decomposiccedilatildeo de 50 de sua massa De

acordo com Todorava et al (2011) esse primeiro estaacutegio ocorre devido a

decomposiccedilatildeo da ureia em amocircnia e aacutecido isociacircnico equaccedilatildeo 13

(1198731198672)2119862119874(119904) ∆rarr 1198731198673(119892)

+ 119867119873119862119874(119892) (Equaccedilatildeo 13)

Devido ao aacutecido isociacircnico possuir elevada reatividade o mesmo

interage com a ureia em estado fundido acima de 133ordmC formando o complexo

biureto equaccedilatildeo 14 (BERNHARD et al 2012)

119862119874(1198731198672)2(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672 (Equaccedilatildeo 14)

Acima de 200ordmC o que corresponde ao segundo pico endoteacutermico

vaacuterios subprodutos podem ser formados poreacutem de acordo com Schaber et al (2004)

o de maior ocorrecircncia entre 190 e 250ordmC eacute o aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 o qual se

apresenta estaacutevel acima de 250ordmC

1198731198672 minus 119862119874 minus 119873119867 minus 119862119874 minus 1198731198672(119898)+ 119867119873119862119874(119892)

∆rarr 1198623119867311987331198743 + 1198731198673 (Equaccedilatildeo 15)

Ainda de acordo com Schaber et al (2004) acima de 193ordmC o biureto

pode se decompor formando ureia e aacutecido isociacircnico

69

Figura 26 - Curvas de TG e DSC da amostra de ureia

As curvas DSC e TG figura 27 (a) e (b) respectivamente referem-se as

amostras de ureia previamente degradadas a 120 140 160 e 180ordmC Ao comparar a

TG da ureia sem sofrer tratamento teacutermico Tamb observamos que as amostras que

foram submetidas a 120 140 e 180ordmC possuem dois estaacutegios de perda de massa

enquanto que a que sofreu tratamento a 160ordm e a ureia possuem somente um estaacutegio

de decomposiccedilatildeo

70

(a)

(b)

Figura 27 - Curvas de (a) DSC e (b) TG para amostras de ureia a temperatura

ambiente e submetidas a tratamentos teacutermicos de 120 140 160 e 180ordmC

71

Observa-se tambeacutem que a perda de massa total da ureia a 300ordmC foi

inferior ao das amostras previamente aquecidas Pode-se associar a perda de massa

da ureia equivalente a formaccedilatildeo de biureto jaacute para as outras amostras tambeacutem haacute a

formaccedilatildeo do complexo poreacutem a formaccedilatildeo dos subprodutos como o aacutecido cianuacuterico

eacute mais acentuada

Quanto as curvas de DSC figura 27 (a) observa-se que na amostra

previamente submetida a 180ordm o primeiro pico endoteacutermico se daacute em torno de 110ordmC

relacionado a primeira degradaccedilatildeo dos componentes onde tambeacutem se nota um

pequeno pico referente as amostras tratadas a 140 e 160ordmC indicando que nesse

caso tambeacutem haacute a presenccedila de biureto

Para a ureia tratada termicamente a 180ordmC admite-se que ela se

converteu quase totalmente em biureto e comparando o primeiro pico endoteacutermico

de todas as amostras figura 28 podemos comprovar que nas temperaturas de 140 e

160ordmC inicia a formaccedilatildeo do biureto isso nos mostra que a temperatura possiacutevel de se

submeter a ureia sem que haja a formaccedilatildeo de subprodutos indesejaacuteveis ao cultivo

deve ser inferior a 140ordmC

72

Figura 28 - Primeiro pico endoteacutermico das curvas de DSC para as amostras de ureia

previamente aquecidas

Para todos os casos eacute detectado um pico exoteacutermico por volta de 210ordmC

que pode estar relacionado a uma pequena decomposiccedilatildeo do biureto formando ureia

e aacutecido isociacircnico O segundo pico endoteacutermico relaciona-se a equaccedilatildeo 15 onde

ocorre a formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico sendo possiacutevel a sua sublimaccedilatildeo referente ao

terceiro pico endoteacutermico detectado em algumas amostras

As curvas TGDSC dos fertilizantes formulados com a bentonita e da

ureia pastilhada figura 29 (a) e (b) apresentam comportamento semelhante ao da

ureia perolada contudo devido a presenccedila do argilomineral as amostras foram

submetidas a uma temperatura final maior

73

(a) (b)

Figura 29 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulados com bentonita (a) TG

(b) DSC

Em todos os casos as curvas TG possuem o mesmo comportamento

em que haacute dois estaacutegios de perda de massa o primeiro ateacute em torno de 200ordmC onde

ocorre a formaccedilatildeo do biureto correspondendo a perda de 50 da massa O segundo

estaacutegio da curva TG corresponde a formaccedilatildeo dos subprodutos e degradaccedilatildeo dos

componentes presentes nos fertilizantes em que para todos para os casos com maior

quantidade de ureia Ureia pastilhada e B1U16 houve uma perda quase que total da

massa inicial enquanto que as formulaccedilotildees B1U4 E B1U8 a massa resultante foi

superior do que os demais fato que pode estar associado a maior presenccedila de

carreador acarretando numa certa proteccedilatildeo a degradaccedilatildeo da ureia Essa massa final

restante pode estar relacionada com a de massa do carreador e dos aditivos a

tabela 6 indica a porcentagem de massa resultante da degradaccedilatildeo dos fertilizantes

74

Tabela 6 - Porcentagem de resiacuteduo resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

B1U4 21

B1U18 12

B1U16 6

Ureia Pastilhada 36

Quanto aos picos DSC observamos que as formulaccedilotildees apresentam um

comportamento semelhante em que haacute a ocorrecircncia de trecircs picos endoteacutermicos O

primeiro estaacute associado a decomposiccedilatildeo da ureia e formaccedilatildeo do biureto equaccedilotildees

13 e 14 o segundo em torno de 230ordmC se relaciona com a decomposiccedilatildeo do biureto

e formaccedilatildeo do aacutecido cianuacuterico equaccedilatildeo 15 e o terceiro e uacuteltimo pico refere-se a

decomposiccedilatildeo teacutermica do aacutecido cianuacuterico

Para os fertilizantes formulados a partir do carreador clinoptilolita foram

obtidas as curvas de TG e DSC apresentadas nas figuras 30 (a) e (b) Nelas podemos

constatar que seus comportamentos tambeacutem satildeo semelhantes aos obtidos com a

ureia e com os fertilizantes formulados com a bentonita

(a) (b)

Figura 30 - Curvas de TGDSC dos tratamentos formulado com a zeoacutelita (a) TG (b)

DSC

75

A massa resultante final em cada fertilizante tambeacutem pode ser associada

a porcentagem de carreador e aditivos presentes em cada um a tabela 7 mostra o

percentual resultante em cada fertilizante formulado com a clinoptilolita Se

compararmos com o percentual de resiacuteduo resultante para os fertilizantes formulados

com a bentonita tabela 6 observamos que a ureia se decompotildee quase que

totalmente restando somente a porcentagem equivalente ao argilomineral adicionado

nas formulaccedilotildees contudo para os fertilizantes com a zeoacutelita o percentual resultante

apoacutes o aquecimento ateacute 500ordmC eacute maior resultando natildeo somente o carreador utilizado

para as formulaccedilotildees mas de ureia ou subprodutos de sua decomposiccedilatildeo Esse fato

pode estar associado ao maior volume de poros e afinidade com amocircnia da zeoacutelita

como o que foi comprovado com as anaacutelises de BHJ e TPD tabela 4 demostrando

maior interaccedilatildeo entre a ureia e o carreador

Tabela 7 - Porcentagem de resiacutedup resultante da termogravimetria a 500ordmC

Identificaccedilatildeo de resiacuteduo

Z1U4 29

Z1U8 23

Z1U16 10

Ureia Pastilhada 36

Para as pastilhas formuladas com o uso de somente ureia talco PVP e

estearato a Ureia pastilhada as anaacutelises de TG e DSC mostram um comportamento

idecircntico ao da ureia natildeo ocorrendo picos exoteacutermicos e havendo perda de 964 da

massa total a 500ordmC Os 36 de massa resultantes satildeo atribuiacutedos aos aditivos

usados e aos possiacuteveis produtos ainda presentes que foram formados com a

degradaccedilatildeo da ureia

76

417 Microscopia eletrocircnica de varredura (MEV)

As imagens obtidas no microscoacutepio eletrocircnico de varredura (MEV) das

amostras de bentonita e clinoptilolita encontra-se na figura 30 (a) e (b)

respectivamente Nelas observamos a presenccedila de somente uma uacutenica formaccedilatildeo

mineral fato tambeacutem constatado pelo DRX natildeo sendo identificadas fases

mineraloacutegicas possiacuteveis de estarem presentes nesse tipo ne mineral como calcaacuterio e

quartzo Observa-se tambeacutem que a mateacuteria-prima eacute constituiacuteda de aglomerados

circulares com tamanho de partiacutecula em torno de 35 microm

(a) Bentonita

(b) Clinoptilolita

Figura 31 - Imagens de MEV da bentonita (a) e da clinoptilolita (b)

Ao analisar as imagens das pastilhas formuladas com a bentonita e seus

respectivos mapeamentos de Si e Al realizados pelo EDS figuras 31(a) (b) e (c)

observa-se que a distribuiccedilatildeo dos componentes se datildeo de maneira uniforme no

77

fertilizante A medida que reduz o percentual do carreador na pastilha menor a

identificaccedilatildeo dos elementos Alumiacutenio e Siliacutecio Entre as mostras B11U8 e B11U16 o

mapeamento apresentou um resultado semelhante a pesar de a proporccedilatildeo de

carreador em B11U8 ser maior do que em B11U16

(a) B1U4

Al

Si

(b) B1U8

Al

Si

(c) B1U16

Al

Si

Figura 32 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B1U4 (b) B1U8 e (c) B1U16

78

O mesmo procedimento foi realizado para as amostras formuladas com

a clinoptilolita como mostram as figuras 32 (a) (b) e (c) Nelas tambeacutem se constata

que os componentes estatildeo distribuiacutedos de maneira uniforme e que a medida que

aumenta a quantidade de ureia na formulaccedilatildeo menor a identificaccedilatildeo de Al e Si

(a) Z1U4

Al

Si

(b) Z1U8

Al

Si

(c) Z1U16

Al

Si

Figura 33 - Imagens de MEV e mapeamento de Al e Si por EDS para os fertilizantes

formulados com a bentonita onde (a) B11U4 (b) B11U8 e (c) B11U16

79

42 Volatilizaccedilatildeo de Amocircnia em Casa de Vegetaccedilatildeo

Os teores de nitrogecircnio presente em cada um dos fertilizantes estudados

obtidos no analisador de nitrogecircnio Rapid N exceed encontram-se na tabela abaixo

Tabela 8 - Identificaccedilatildeo e composiccedilatildeo dos fertilizantes avaliados

Identificaccedilatildeo N

B1U4 36

B1U8 39

B1U16 41

Z1U4 33

Z1U8 34

Z1U16 40

Ureia Pastilhada 43

Ureia Perolada 43

As perdas de nitrogecircnio por volatilizaccedilatildeo a dia para a dose equivalente

a 100kgha-1 referente aos dez primeiros dias de avaliaccedilatildeo periacuteodo aonde ocorrem

os picos de volatilizaccedilatildeo figura 34 (a) mostra que os fertilizantes B1U4 e B1U8

obtiveram as maiores perdas no segundo dia de aplicaccedilatildeo enquanto que a ureia e

B1U16 apresentaram picos de volatilizaccedilatildeo no terceiro dia Para todos os casos a

partir do 6 dia as taxas de volatilizaccedilatildeo satildeo praticamente nulas

A figura 34(b) representa a quantidade de nitrogecircnio volatilizado durante

os 30 dias de experimento para a dosagem de 100kgha-1 dos fertilizantes com o

carreador bentonita Observamos que B1U16 obteve as menores perdas por

volatilizaccedilatildeo seguida da Ureia Pastilhada e de B1U4 e o que se aproximou dos

resultados da ureia foi B1U8

80

(a)

(b)

Figura 34 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673volatilizado durante 30 dias

81

Jaacute para a aplicaccedilatildeo de 200kgha-1 de nitrogecircnio dos fertilizantes com o

carreador bentonita figura 35 (a) as maiores perdas em todos os casos ocorreram

no segundo dia de aplicaccedilatildeo com exceccedilatildeo da Ureia Pastilhada o qual apresentou

pico maacuteximo de volatilizaccedilatildeo no 3 dia de coleta Avaliando o graacutefico que representa o

teor acumulado durante todo o periacuteodo de coletas observamos que a Ureia Pastilhada

seguido de B1U16 obtiveram os melhores resultados quanto a reduccedilatildeo do teor

volatilizado enquanto que assim como para a dosagem de 100kgha-1 B1U8

apresentou resultados muito semelhantes ao da ureia

(a)

82

(b)

Figura 35 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com bentonita e

dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Observa-se para as duas dosagens aplicadas os tratamentos

formulados com maior proporccedilatildeo de argilomineral B1U4 e B1U8 apresentaram

maiores taxas de volatilizaccedilatildeo de nitrogecircnio enquanto que B1U6 que representa uma

quantidade muito baixa de bentonita foi o fertilizante que possuiu um melhor perfil

quanto a reduccedilatildeo de perdas por volatilizaccedilatildeo

Dentre os tratamentos propostos o que apresentou maiores perdas

acumuladas de nitrogecircnio durante os 30 dias tabela 8 foi B1U8 tanto para a dosagem

de 100kgha-1 1694 como 200kgha-1 1752 seguida de B1U4 com perdas de

1439 e 1629 respectivamente Jaacute a que mostrou menores perdas por

volatilizaccedilatildeo foi o fertilizante B1U16 com perdas de 1120 e 1598

83

Tabela 9 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a bentonita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(Kgha-1)

NTotal

(Kgha-1)

B1U4 1439 1439 3259 1629

B1U8 1694 1694 3505 1752

B1U16 1120 1120 3195 1598

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 1762 1762 3484 1742

Ao comparar os resultados obtidos dos fertilizantes formulados com os

da ureia perolada afere-se que a formulaccedilatildeo B1U16 obteve uma diminuiccedilatildeo na perda

de nitrogecircnio mais evidente apresentando resultado 5 menor do que o da ureia

durante os 30 dias de experimento aleacutem de que possuiu uma curva de volatilizaccedilatildeo

com pico mais suave do que os outros fertilizantes avaliados

Para os fertilizantes formulados com a clinoptilolita as curvas de

volatilizaccedilatildeo figuras 36 e 37 mostram que as maiores perdas para a menor dosagem

de nitrogecircnio ocorrem no segundo dia de aplicaccedilatildeo figura 36 (a) enquanto que para

a ureia ocorre no terceiro dia Contudo observa-se reduccedilatildeo significativa de 1198731198731198673

volatilizado em todos os casos Para os fertilizantes formulados com a zeoacutelita tambeacutem

se constata que a partir da sexta coleta a volatilizaccedilatildeo de amocircnia tende a zero

Ao avaliar as curvas de volatilizaccedilatildeo referente ao acumulado durante os

30 dias comprovamos que a pesar da formulaccedilatildeo Z1U16 apresentar um menor pico

de volatilizaccedilatildeo a formulaccedilatildeo de apresentou menor perda total para a dosagem de

100kgha-1 foi o tratamento Z1U8 Contudo tanto Z1U8 quanto Z1U16 e Z1U4

obtiveram reduccedilotildees significativas de perda de nitrogecircnio

84

(a)

(b)

Figura 36 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 100kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Com o aumento da dosagem de nitrogecircnio aplicado figura 37 observa-

se que para Z1U8 e Z1U16 natildeo haacute formaccedilatildeo de um pico de volatilizaccedilatildeo muito

85

acentuado dificultando a definiccedilatildeo do dia que ocorre a volatilizaccedilatildeo maacutexima ao

contraacuterio do que se verifica com os outros fertilizantes avaliados Ao contraacuterio do que

foi visto para a dosagem de 100kgha-1 para a segunda dosagem o fertilizante Z1U16

foi o que obteve menores perdas seguido de Z1U4 e de Z1U8

(a)

(b)

86

Figura 37 - Curvas de volatilizaccedilatildeo para os fertilizantes formulados com a clinoptiolita

e dosagem de 200kg de Nha a) mg de 1198731198731198673 volatilizado por dia de coleta b) mg de

1198731198731198673 volatilizado durante 30 dias

Assim como o que foi constatado com o uso da bentonita os fertilizantes

com menor teor da zeoacutelita Z1U8 e Z1U16 foram os que apresentaram melhores

resultados quanto a reduccedilatildeo do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo

As perdas de nitrogecircnio acumuladas durante os trinta dias de avaliaccedilatildeo

tabela 10 mostram que a zeoacutelita apresentou bons resultados quanto a diminuiccedilatildeo de

perdas atingindo uma reduccedilatildeo na volatilizaccedilatildeo de 53 para Z1U16

Tabela 10 - Perdas totais acumuladas de nitrogecircnio para os fertilizantes formulados

com a zeoacutelita durante trinta dias

Identificaccedilatildeo

100 kgha-1 200 kgha-1

NTotal

(kgha-1)

NTotal

(kgha-1)

Z1U4 11015 1102 19989 999

Z1U8 10613 1061 23109 1155

Z1U16 11177 1118 16024 801

Ureia Pastilhada 1395 1395 2706 1353

Ureia Perolada 17454 1745 34541 1727

Avaliando o comportamento da Ureia Pastilhada se afere que

comparado com a bentonita ele apresentou resultados significativos em que possuiu

reduccedilotildees mais expressivas Contudo em relaccedilatildeo as formulaccedilotildees Z1U4 Z1U8 e

Z1U16 esse tratamento natildeo se mostra muito vantajoso tendo em vista que os

tratamentos formulados com a clinoptilolita de maneira geral apresentam maiores

reduccedilotildees na amocircnia volatilizada do que a Ureia Pastilhada Poreacutem com esses

resultados comprovamos que somente os aditivos tambeacutem apresentam propriedade

de controlar a hidrolise da ureia

87

A metodologia do coletor SALE proposta por Arauacutejo et al (2009) eacute

adaptada para partiacuteculas com diacircmetro de 2 a 4mm Devido a isso a aplicaccedilatildeo dessa

metodologia para fertilizantes com diacircmetro de 7mm pode ter provocado a captura em

regiotildees com maior quantidade de nutrientes tendo em vista que com partiacuteculas

maiores a distribuiccedilatildeo de ureia na superfiacutecie no solo ficaraacute mais concentrado do que

ao utilizar partiacuteculas com diacircmetro menor Ao colocar o coletor SALE em determinado

local pode ter ocorrido ou natildeo a concentraccedilatildeo das partiacuteculas dos fertilizantes

favorecendo ou desfavorecendo a captura de volatilizados

De acordo com Alcarde (1998) a influecircncia do tamanho das partiacuteculas

dos fertilizantes se baseia no fato de que a subdivisatildeo de um material aumenta sua

superfiacutecie de exposiccedilatildeo por unidade de massa ou seja com um fertilizante de

diacircmetro maior do que o da ureia espera-se que sua hidrolise e consequentemente

perdas por volatilizaccedilatildeo sejam significativas em relaccedilatildeo a ureia Contudo apesar das

pastilhas apresentarem um diacircmetro maior 7mm a ureia usada para o pastilhamento

estava em forma poacute aumentando sua disponibilidade no solo isso aliado com a forte

absorccedilatildeo de aacutegua da bentonita acarretou numa reduccedilatildeo nas perdas de nitrogecircnio por

volatilizaccedilatildeo pouco evidente

Capitulo 5

Conclusotildees

89

5 CONCLUSOtildeES

O processo de compactaccedilatildeo utilizado para formulaccedilatildeo dos fertilizantes

tanto com a bentonita quanto com a clinoptilolita se mostra com boa viabilidade de

ser aplicado comercialmente tendo em vista a facilidade de preparo das mateacuterias

primas disponibilidade no mercado e rapidez para fabricaccedilatildeo em grande quantidade

Os fertilizantes formulados natildeo apresentaram problemas de estoque como o que

ocorre com a ureia que ao absorver umidade aglomera-se sendo inviaacutevel seu uso

As caracterizaccedilotildees mostraram que natildeo ocorreram interaccedilotildees quiacutemicas

entre os componentes nem houve intercalaccedilatildeo das moleacuteculas de ureia entre as

lamelas da montimorilonita fato comprovado pela teacutecnica de DRX onde natildeo ocorreu

o deslocamento do pico caracteriacutestico do argilomineral Contudo a anaacutelise de

TGDSC onde os fertilizantes formulados com a zeoacutelita apresentaram uma maior

resistecircncia a perda de massa apoacutes aquecimento a 500ordmC mostrou que a clinoptilolita

confere agrave ureia maior resistecircncia a degradaccedilatildeo

A elevada porccedilatildeo de ureia em todas as formulaccedilotildees ocultou as

caracteriacutesticas dos argilominerais e fez com que quanto a morfologia os fertilizantes

possuiacutessem caracteriacutesticas muito semelhantes

Quanto a avaliaccedilatildeo agronocircmica observou- se que para as formulaccedilotildees

com bentonita B1U4 B1U8 e B1U16 natildeo ocorreram diminuiccedilotildees muito elevadas das

perdas por volatilizaccedilatildeo fato ocorrido pela natildeo intercalaccedilatildeo da ureia nem dos iacuteons

1198731198731198673 nas lamelas do argilomineral Contudo para a formulaccedilatildeo B1U16 houve uma

queda mais consideraacutevel das perdas por volatilizaccedilatildeo

Para a clinoptilolita observa-se que houve uma reduccedilatildeo mais

significativa da quantidade de nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo em que o fertilizante

formulado com menor porporccedilatildeo da zeoacutelita Z1U16 apresentou o melhor resultado

com reduccedilatildeo de 53 do nitrogecircnio perdido por volatilizaccedilatildeo fato provocado pelo

elevado volume de poros e afinidade com a amocircnia da zeoacutelita

Como a diminuiccedilatildeo das perdas por volatilizaccedilatildeo de 1198731198731198673serem mais

significativas para aquelas amostras que apresentaram menor fraccedilatildeo do argilomineral

conclui-se que o mesmo possui um bom desempenho na captura de iacuteons amocircnia ou

90

no controle da hidrolise da ureia ateacute certa concentraccedilatildeo quantidade mais elevadas

dos argilominerais natildeo diminuem as perdas por volatilizaccedilatildeo de forma relevante

Quanto a Ureia Pastilhada composta somente por ureia e aditivos se

comprova que somente a mistura da ureia com pequenas fraccedilotildees de talco estearato

de magneacutesio e PVP utilizando a teacutecnica de compactaccedilatildeo jaacute apresentam reduccedilotildees

nas perdas de ureia por volatilizaccedilatildeo de amocircnia Poreacutem ao comparar com os

fertilizantes formulados com a clinoptilolia constatamos que a zeoacutelita possui uma boa

capacidade de aumentar a disponibilidade de nitrogecircnio no solo

Capitulo 6

Referecircncias Bibliograacuteficas

92

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