Caracterização estrutural e espectroscópica de coacervatos de manganês para  liberação controlada de fertilizantes

Os coacervatos de polifosfato (CPs) são materiais versáteis com potencial para aplicações em incorporação e liberação controlada de moléculas, como fármacos e corantes. Neste trabalho são apresentadas a síntese e a caracterização estrutural, morfológica, espectroscópica e reológica de coacervatos de polifosfato de manganês(II) puros (PMn) e dopados com ureia (PMn UR), visando sua aplicação como matrizes hospedeiras de fertilizantes para liberação controlada. Os materiais foram sintetizados por reação de coacervação simples à temperatura ambiente, utilizando soluções precursoras de Na(PO₃)ₙ (4,0 M) e MnCl₂·4H₂O (2,0 M). As análises de difração de raios X (DRX) revelaram que o material puro (PMn2) apresenta estrutura cristalina, enquanto a amostra dopada com ureia (PMn2 UR) exibe um padrão não cristalino, sugerindo que a ureia inibe o processo de cristalização do material híbrido final. A incorporação da ureia foi confirmada por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), que detectou a presença de carbono, e por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). A interpretação dos espectros FTIR dos CPs puro e dopado mostrou uma interação química entre a matriz polifosfática e a ureia, evidenciada pelo deslocamento do modo de estiramento C=O da ureia de 1675 cm⁻¹ para 1630 cm⁻¹, indicando uma coordenação do íon Mn²⁺ ao grupo carbonila. A análise reológica demonstrou que a adição de ureia aumenta a resistência do material ao cisalhamento, atuando como agente de reticulação e ampliando a conectividade e a rigidez estrutural. O estudo de liberação controlada, monitorado por espectrofotometria (método da reação com diacetil monoxima), indicou alta eficiência de encapsulamento e liberação: foram liberados 12,99 mg de ureia após 4 horas de degradação do material em solução, a partir de 1 g da amostra sintetizada, correspondendo a uma eficiência de incorporação e liberação de 94% da ureia adicionada durante a síntese. Assim, conclui-se que os coacervatos de polifosfato de manganês(II) sintetizados são capazes de incorporar e liberar ureia de forma gradual, apresentando características desejáveis para aplicação como matrizes hospedeiras em sistemas de liberação controlada de fertilizantes.

Resumo (inglês)

Polyphosphate coacervates (PCs) are versatile materials with potential applications in the incorporation and controlled release of other molecules, such as drugs and dyes. This work presents the synthesis and the structural, morphological, spectroscopic, and rheological characterization of pure manganese(II) polyphosphate coacervates (PMn) and urea-doped counterparts (PMn UR), targeting their application as host matrices for the controlled release of fertilizers. The materials were synthesized via a simple coacervation reaction at room temperature, utilizing precursor solutions of Na(PO₃)ₙ (4.0 M) and MnCl₂·4H₂O (2.0 M). X-ray diffraction (XRD) analyses revealed that the pure material (PMn₂) possesses a crystalline structure, whereas the urea-doped sample (PMn₂ UR) exhibits an amorphous pattern, suggesting that urea inhibits the crystallization process of the final hybrid material. The incorporation of urea was confirmed by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), which detected the presence of carbon, and by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Interpretation of the FTIR spectra for the pure and doped PCs indicated a chemical interaction between the polyphosphate matrix and urea, evidenced by the shift of the C=O stretching mode of urea from 1675 cm⁻¹ to 1630 cm⁻¹, indicating coordination of the Mn²⁺ ion to the carbonyl group. Furthermore, rheological analysis demonstrated that the addition of urea increases the material’s shear resistance, acting as a crosslinking agent and enhancing connectivity and structural rigidity. The controlled release study, monitored by spectrophotometry (diacetyl monoxime reaction method), demonstrated high encapsulation and release efficiency; 12.99 mg of urea were released following 4 hours of material degradation in solution (from a 1 g sample of the synthesized material), indicating an incorporation and release efficiency of 94% of the total urea added during synthesis. It is concluded that the synthesized manganese(II) polyphosphate coacervates are capable of the gradual incorporation and release of urea, which are desirable characteristics for the application of these host matrices for the controlled release of fertilizers.

Palavras-chave

Manganês, Fertilizantes, Ureia, Tecnologia de liberação controlada

Idioma

Português

Citação

RODRIGUES, Raphael Matias. Caracterização estrutural e espectroscópica de coacervatos de manganês para liberação controlada de fertilizantes. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) – Instituto de Química, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araraquara, 2025.