Cinética da liberação de fertilizantes incorporados à biomassa do pseudocaule de bananeira torrefada

Abstract

A bananicultura representa um importante segmento na estrutura socioeconômica do Brasil. Entretanto, os resíduos dessa cultura são descartados de forma inadequada, causando problemas de contaminação na lavoura e no meio ambiente. A grande produção mundial de banana e, particularmente no Brasil, faz com que os subprodutos dessa cultura tenham elevado interesse comercial. Tecnologias de reaproveitamento de resíduos para o desenvolvimento de novos materiais com alto potencial condicionante e nutricional dos solos estão surgindo como uma forma eficiente e economicamente viável em termos de produção e valor de mercado. Dentre estas tecnologias emergentes se encontra a torrefação dos resíduos da bananicultura como biomassa alternativa na geração de um biofertilizante de liberação lenta. O biocarvão foi produzido a partir do pseudocaule da bananeira em temperatura de torrefação de 240 °C (FBT). Foram adicionados ao biocarvão Ureia (N), fosfato de diamônio (P) e KCl (K), em seguida peletizados para produzir os fertilizantes FBT-N, FBT-P e FBT-K. A determinação das propriedades físico-químicas, análise imediata, como umidade, voláteis, carbono fixo e cinzas, dos resíduos da bananeira foram realizadas por Termogravimetria. A identificação da composição química dos nutrientes incorporados ao biocarvão foram estimadas por Espectrofotometria, Termogravimetria (TG/DTG), Fotometria de Emissão em Chama e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). A cinética de sorção relativa na água pelo tempo foi avaliada usando um modelo exponencial com um máximo de 10,5 % (p / p) de sorção para a amostra FBT-N e um tempo máximo de adsorção (95 %) de 22,25 h. O intumescimento da FBT em água foi avaliado por TMA, com um máximo ɛ = 22,8 %. Curvas TG e DTG foram usadas para obter a análise imediata, a estabilidade térmica das amostras e o teor de ureia ao longo do tempo da amostra de FBT-N em meio aquoso e nos solos. Os espectros de FTIR permitiram avaliar as interações de N, P e K com a FBT durante a produção de FBT-N, FBT-P e FBT-K. Dois modelos, exponencial e quociente, foram propostos e avaliados quanto à cinética de liberação parâmetros de N, P e K de FBT-N, FBT-P e FBT-K na água e dois tipos de solo sob condições controladas. Os parâmetros cinéticos permitiram uma discussão sobre os mecanismos de liberação de nutrientes em água e solo, e o ajuste da cinética do modelo proposto mostrou o potencial de aplicação como fertilizantes de liberação lenta.

Banana farming represents an important segment in Brazil’s socio-economic structure. However, the residues of this fruit are discarded in the environment, causing problems of contamination in the crop and environmental. The large banana production in the world and particularly in Brazil makes the byproducts of its production have high commercial value. Waste reuse technologies for the production of new chemical compounds with high conditioning and nutritional potential of soils are emerging as an efficient and economically viable way in terms of production and market value. Among these emerging technologies is the torrefaction of banana residues as an alternative biomass in the generation of a slow release biofertilizer. Biochar was produced from banana-crop pseudostem by torrefaction at 240 ºC (BF sample). Urea (N), KCl (K), and diammonium phosphate (P) were added to BF, then pelletized to produce the BF-N, BF-K, and BF-P fertilizers. The determination of the physicochemical properties, immediate analysis, such as moisture, volatiles, fixed carbon and ash, of the roasting of the banana residues were be performed through Thermogravimetric. Identification of the chemical composition of the nutrients incorporated into the biochar by Spectrophotometry, Thermogravimetric (TG/DTG), Flame Emission Photometry and Infrared Spectroscopy with Fourier Transform (FTIR).The relative water sorption kinetics by time was evaluated using an exponential method, with a maximum of 10.5 % (w/w) sorption for the BF-N sample and a maximum adsorption time (95 %) of 22.25 h. The swelling of BF in water was evaluated by TMA, with a maximum ɛ = 22.8 %. TG and DTG curves were used to obtain the proximate analysis, the thermal stability of the samples, and the urea content overtime of the BF-N sample in an aqueous medium and soil. FTIR spectra allowed to evaluate the interactions of N, P, and K with BF during the production of BF-N, BF-P, and BF-K. Two models, exponential and quotient, were proposed and assessed for release kinetic parameters of N, P, and K from BF, BF-N, BF-P and BF-K fertilizers in water and two kinds of soils under controlled conditions. The kinetics parameters allowed a discussion on the mechanisms of nutrient release in both water and soil, and the adjustment of the kinetic release model showed the potential for application as slow-release fertilizers.