BR102014002897A2 - compostos poliméricos contendo turfas e substâncias húmicas, processo para o preparo dos mesmos e seu uso - Google Patents

Abstract

compostos polimã‰ricos contendo turfas e substã‚ncias hãšmicas, processo para o preparo dos mesmos e seu uso a invenã§ã£o se refere ao desenvolvimento de um composto para ser empregado como fertilizante de liberaã§ã£o controlada de micronutrientes para os solos. para isto, apresenta como grande diferencial o uso de turfas e de substã¢ncias hãºmicas extraã­das de turfas enriquecidas com os micronutrientes essenciais cobre, cobalto, ferro, manganãªs, nã­quel e zinco no preparo do fertilizante, bem como o encapsulamento do fertilizante com material polimã©rico. o uso de turfas e de substã¢ncias hãºmicas infere ao composto um alto teor de matã©ria orgã¢nica e o encapsulamento com o material polimã©rico permite dar forma esfã©rica ao fertilizante, alã©m de permitir a entrada gradual de ã¡gua dentro do fertilizante.

Description

COMPOSTOS POLIMÉRICOS CONTENDO TURFAS E SUBSTÂNCIAS HÚMICAS, PROCESSO PARA O PREPARO DOS MESMOS E SEU USO

CAMPO DA INVENÇÃO

[1] A presente invenção se insere no campo de aplicação da Quimica, Farmácia, Microbiologia, Biotecnologia e, mais especificamente, na área de agricultura, uma vez que se refere ao desenvolvimento de um fertilizante organo-mineral contendo turfas e substâncias húmicas, encapsulado em polimero esférico que age como sistema de liberação controlada de micronutrientes para os solos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[2] As grandes discussões mundiais estão baseadas no disparado crescimento populacional e a consequente necessidade de alimentos a um baixo custo para suprir esta população. Para isto, o desenvolvimento de novas tecnologias que aumentem a fertilidade dos solos já agricultáveis se faz necessário para que essa questão seja resolvida de forma sustentável.

[3] Uma das desvantagens da aplicação dos fertilizantes convencionais é a grande perda dos nutrientes para o ambiente, pois a planta não consegue absorver tudo que é disponibilizado a partir do fertilizante. Dessa forma, o ideal seria que os nutrientes fossem liberados de forma gradual para o meio, consequentemente para a planta.

[4] A produtividade agricola está diretamente vinculada à disponibilidade de água, nutrientes e teor de matéria orgânica. Aliar estas características em um mesmo material seria de grande valia para o desenvolvimento agricola. Além disso, o fertilizante de liberação lenta/controlada (CRF da sigla Controlled Release Fertilizer) é uma alternativa possível para a melhora da produtividade agrícola, pois este permite que os nutrientes sejam liberados para as plantas conforme a necessidade das mesmas, ou seja, de maneira gradual, aumentando assim a qualidade da produção e evitando, por consequência, uma contaminação ambiental causada pelo excesso dos nutrientes nos ambientes aquáticos e terrestres. A proposta do novo fertilizante irá permitir a liberação gradual dos micronutrientes para o ambiente e a incorporação de matéria orgânica ao solo.

Nutrientes para plantas [5] O crescimento e a produtividade de plantas estão associados principalmente à disponibilidade de água e nutrientes. Desta forma, é fundamental o desenvolvimento de sistemas que permitam a máxima utilização destes nutrientes de maneira a se evitar o desperdício e contaminação ambiental. Os micronutrientes são elementos essenciais para o crescimento das plantas. Em concentrações relativamente pequenas já auxiliam no transporte de outras substâncias, na ação de enzimas e na fotossíntese e formação de parede celular. Porém em concentrações elevadas podem ser tóxicos e prejudicar o desenvolvimento ou até mesmo causar a morte das plantas.

[6] Os principais micronutrientes que podem ser citados são o cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco. O cobre (Cu) atua em processos enzimáticos que envolvem a fotossíntese e a respiração das plantas. A deficiência de cobre prejudica o bom desempenho destas enzimas e diminui assim a taxa de fixação de CO? interferindo no processo de fotossíntese. Como consequência, ocorre a redução do crescimento foliar das plantas. A disponibilidade de cobre nos solos está sempre associado primeiramente ao pH da solução do solo e principalmente ao teor de matéria orgânica presente. Em pH menores, o cobre está presente na forma Cu+2 o qual sofre um processo de absorção ativa. Quando em concentrações elevadas, é preciso diminuir a disponibilidade do mesmo por meio da calagem, aumentando o pH da solução do solo. A matéria orgânica é a reação mais importante que controla a disponibilidade do cobre. A interação cobre e matéria orgânica é bastante estudada e conhecida por ser uma das mais fortes interações entre um elemento e a matéria orgânica do solo.

[7] 0 cobalto (Co) é um micronutriente aliado à fixação de nitrogênio. Por estar presente na composição de enzimas que catalisam reações bioquímicas onde as bactérias fixadoras de nitrogênio participam, a deficiência deste elemento causa a diminuição da fixação de nitrogênio e por consequência a menor produtividade das plantas. A forma disponível é Co+2 e depende do pH do meio e da presença de agentes complexantes.

[8] O ferro (Fe) está associado principalmente ao transporte de substâncias e elétrons fundamentais no processo de respiração. Encontra-se em duas formas disponíveis no solo, Fe+2 e Fe+J, dependendo das condições do meio de pH, potencial redox e agentes complexantes. A deficiência de ferro nos solos influencia no brotamento de novas folhas e frutos.

[9] O manganês (Mn) forma diversos minerais com valências dos cátions Mn+2, Mn+3 e Mn+4. Isto faz com que este elemento participe principalmente das reações de oxido-redução nas plantas como o transporte de elétrons na fotossintese.

[10] O niquel (Ni) é um micronutriente importante nas reações catalisadoras de enzimas que atuam nas ciclagens de carbono e nitrogênio. Está presente na forma de Ni'2 e a deficiência deste elemento acarreta problemas de defesa das plantas contra doenças.

[11] O elemento zinco (Zn) é uma dos mais importantes nas reações enzimáticas das plantas. Apesar dessa importância a deficiência deste elemento nas plantas não acarreta em grandes danos, somente influenciando em pequenas proporções a fotossintese.

Matéria orgânica dos solos [12] A matéria orgânica (MO) também é fundamental para o crescimento de plantas e conservação do solo. Solos que contém grande quantidade de MO são capazes de reter maior quantidade de água, sustentar com mais facilidade plantas e ainda reter e disponibilizar nutrientes conforme a planta necessite. A formação da MO se dá a partir da decomposição do material vegetal pela ação dos microrganismos. Dependendo do material de origem e do estágio de decomposição, é possível encontrar diferentes composições de MO. Cerca de 20 % da matéria orgânica dos solos são constituídas de compostos orgânicos com estrutura quimica definida, como carboidratos, aminoácidos, proteínas e hidrocarbonetos. Essa fração é chamada de matéria orgânica lábil (MOL) , ou seja, uma MO de fácil degradação para os microrganismos e, portanto, recente e constantemente renovada e transformada. Os 80 % restantes pertencem a um grupo de compostos de estrutura quimica indefinida, são resistentes à degradação e, devido a isso, possuem um tempo de permanência longo no ambiente. A esta fração dá-se o nome de matéria orgânica refratária (MOR), ou seja, um material já degradado pelos microrganismos, já estabilizado e de grande importância nos processos de sorção de nutrientes.

Turfas [13] As turfas são materiais considerados como um tipo de solo rico em MO formadas a partir do processo de decomposição e humificação de material vegetal por meio da biota do solo sob condições anóxicas, na maioria das vezes. O processo de formação das turfas pode levar de centenas a milhares de anos. Estas compreendem aproximadamente 3 % da crosta terrestre e são comumente encontradas em ambientes temperados e em menor parte em ambientes tropicais.

[14] A principal constituição das turfas são os compostos de lignina, celulose e substâncias húmicas. Estes compostos apresentam grupos funcionais polares em sua estrutura quimica como aldeidos, cetonas, ácidos carboxilicos e fenóis que são responsáveis pela interação e ligação com espécies/contaminantes orgânicos e inorgânicos. Devido a suas caracteristicas, as turfas podem ser empregadas em diferentes aplicações: tratamento de água, monitoramento ambiental, combustíveis, fertilizantes de solos e até mesmo na medicina humana e veterinária. A capacidade de interação de turfas com compostos metálicos ou até mesmo com compostos orgânicos depende da composição e características estruturais químicas das turfas, o que varia de acordo com a origem do material vegetal, bem como de fatores como o clima, relevo e vegetação da região.

[15] Uma das aplicações das turfas é a adsorção com espécies metálicas para fins de remediação ambiental. Os metais cobre, chumbo, zinco e cádmio se destacam nos trabalhos envolvendo o processo de adsorção em amostras de turfas tropicais e temperadas. Outra aplicação das turfas que se destaca é o uso deste material como fertilizantes orgânicos. Os usos das turfas proporcionam uma melhora no desenvolvimento das plantas em geral, devido principalmente ao fato de agregar matéria orgânica. A junção destas aplicações pode fazer da turfa uma possivel alternativa para a melhoria da produtividade agrícola associando a adsorção de micronutrientes e a grande quantidade de matéria orgânica. Entretanto, as deficiências nos estudos que avaliem a capacidade de turfas tropicais em adsorver determinados nutrientes sob diferentes condições experimentais e que, posteriormente, avaliem a liberação dos mesmos nutrientes ainda é um fator limitante para uma aplicação na agricultura.

Substâncias húmicas [16] Uma fração importante da matéria orgânica do solo são as substâncias húmicas (SH) . Estas são resultantes da decomposição de restos vegetais e animais, têm como característica a coloração escura, elevada massa molecular e estrutura química não definida. Ά formação das SH ainda é bastante discutida, porém algumas vias de formação são aceitas, sendo os principais precursores dessas vias as ligninas, os produtos de decomposição das ligninas como os aldeidos fenólicos, os polifenóis e os açúcares. Não há uma estrutura definida das SH, pois o alto grau de heterogeneidade e os diferentes graus de decomposição afetam substancialmente a estrutura química.

[17] A principal função mais citada das SH no ambiente é sua capacidade de complexar e precipitar espécies catiônicas, como os metais, e também adsorver compostos orgânicos. Esta função é conseguida devido aos grupos funcionais presentes na estrutura química das SH, como os grupos carboxílicos, fenólicos e cetônicos, os quais são responsáveis pela interação. A capacidade das SH em complexar espécies metálicas tem sido bastante avaliada, porém como a estrutura das SH é uma característica intrínseca de cada local em função do tipo de vegetação, umidade e temperatura, é necessário avaliar a capacidade de complexação de cada amostra. A forte interação das SH com espécies metálicas, como por exemplo, os nutrientes: cobre, ferro e zinco, acaba por formar um complexo SH-nutriente, influenciando assim a disponibilidade e o transporte destes para as plantas, além de tornar as SH mais atrativas do ponto de vista agrícola devido ao possível enriquecimento destes com nutrientes. O conhecimento prévio da capacidade de complexação das SH com nutrientes possibilita avaliar as condições de estabilidade e solubilidade do complexo e assim auxiliar no entendimento da disponibilização dos nutrientes para as plantas. Uma outra condição que pouco se destaca na literatura é a questão da competitividade entre os nutrientes nos complexos com as SH. Poucos são os estudos que abordam a complexação e competição entre macro e micronutrientes em solos, em especial contendo matéria orgânica na forma de SH do ponto de vista agrícola. Os estudos de capacidade de troca permitem avaliar como o processo de competição ocorre no ambiente natural, sob diferentes condições iniciais dos nutrientes no solo permitindo inferir sobre os processos de troca que ocorrem e influenciam na biodisponibilidade de espécies as plantas.

Fertilizantes de liberação lenta/controlada [18] Uma possivel forma de melhorar a eficiência da utilização de nutrientes reduzindo os riscos ambientais causados pela sua aplicação é o uso de fertilizantes de liberação lenta/controlada (CRF). Estes são definidos como fertilizantes que contêm nutrientes para plantas em uma forma na qual primeiro: retarda a sua disponibilidade de absorção e uso depois da aplicação, segundo: que está disponível para plantas significativamente por maior tempo do que outro fertilizante de referência.

[19] O enquadramento de um fertilizante de liberação lenta/controlada depende de três condições que devem ser atendidas em condições de temperatura ambiente (25 °C) : 1) não mais do que 15 % dos nutrientes devem ser liberados em 24 horas, 2) não mais do que 75 % dos nutrientes devem ser liberados durante 28 dias, 3) pelo menos 75 % dos nutrientes serem liberados no estágio estático. Para que estas condições sejam atendidas o fertilizante de liberação lenta/controlada precisa ser produzido sob diferentes condições dos fertilizantes comuns. O principal diferencial do fertilizante de liberação lenta/controlada é a introdução de uma camada protetora do grânulo, a qual permite que a água vá sendo permeada lentamente para dentro do grânulo dissolvendo-o gradualmente. Essa camada protetora normalmente é feita de diferentes materiais, porém estes devem apresentar características como: baixa solubilidade, para evitar a rápida dissolução em meio aquoso; permeabilidade, para que a água possa adentrar o grânulo e assim dissolver o nutriente; e degradável, para que a brota do solo possa auxiliar na degradação do material e não contaminar o ambiente.

[20] As turfas e as substâncias húmicas (SH) extraidas de turfas são possiveis materiais que podem ser empregados em sistemas de liberação controlada. Uma vez que as turfas são constituídas de lignina, celulose e demais compostos que podem ser polimerizados, estas poderiam atuar como polímeros para o encapsulamento de fertilizantes. Porém estas mesmas estruturas em sua composição dão a capacidade de adsorver outras espécies quimicas como os metais. Desta forma, a turfa enriquecida com metais (ou micronutrientes) atuaria como um fertilizante de liberação lenta/controlada por si só. As SH extraidas das turfas também atuam de forma semelhante. Desta forma, a utilização de turfas e SH na produção de fertilizantes de liberação lenta/controlada agregaria a estes a vantagem de além de conter os nutrientes essenciais as plantas, conter ainda a matéria orgânica tão fundamental para a qualidade dos solos.

ESTADO DA TÉCNICA

[21] O pedido de patente CN101781155 refere-se à produção de um substrato composto por turfas, vermiculita, perlita, palha, compostos de cogumelo, ureia revestida de liberação controlada e fertilizantes revestidos de liberação controlada denominado fertilizantes de liberação lenta de nitrogênio com aplicabilidade em mudas de hortaliças. Tal composição emprega apenas nitrogênio como nutriente enquanto a presente invenção tem por objetivo agregar em um mesmo material todos os micronutrientes essenciais para o desenvolvimento de plantas e também a matéria orgânica, empregando turfas ou substâncias húmicas extraidas das turfas enriquecidas com micronutrientes, tais como cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco, em sua composição.

[22] O desenvolvimento de uma espuma de ter-polímero de ureia com fenol de metileno foi descrito no pedido de patente WO0237947 para preenchimento de vasos, condicionantes de solo ou substituinte de solo. O produto desenvolvido melhora a retenção de água e com isso mantém a zona de raiz aerada e promove a liberação gradual de nitrogênio. Tal produto ainda pode ser utilizado como substituinte de turfas em vasos, ser incorporado aos solos e servir como camada de solo temporária para estabelecimento de plantas. A presente invenção é caracterizada como fertilizante de liberação controlada para os micronutrientes e é constituída de turfas e substâncias húmicas de turfas e, portanto, não se assemelha com este pedido de patente, pois não é utilizada como substituinte de turfas, nem tampouco como substituinte de solos.

[23] O pedido de patente PL159137 descreve um método para obtenção de um fertilizante nitrogenado de tempo de liberação prolongado a base de componentes orgânicos na forma de turfas, casca, lenhite de polímero de celulose, cálcio na forma de cinzas de lenhite e nitrogênio na forma de carbamida. O produto foi desenvolvido a partir da mistura de determinadas quantidades destes componentes em condições de temperatura e tempos definidos. Apesar deste pedido requerer um fertilizante de liberação controlada contendo turfa em sua composição, o mesmo não se assemelha com a presente invenção pois, o nutriente utilizado, no caso deste pedido de patente é o nitrogênio e no caso da invenção proposta são os micronutrientes e, além disso, não ocorre a mistura de diferentes materiais como turfa, casca e lenhite e, sim, apenas a turfa ou substâncias húmicas de turfas.

Objetivo e Vantagens da Invenção [24] O objetivo da presente invenção é: o desenvolvimento de um fertilizante de liberação lenta/controlada utilizando turfas e substâncias húmicas enriquecidas com micronutrientes o qual disponibiliza os micronutrientes para o meio de maneira gradual. No mercado existem somente os fertilizantes orgânicos a base de turfa sem adição de nutrientes e existem também os fertilizantes de liberação lenta/controlada somente com nutrientes sem adição de material orgânico. O presente invento possui em um mesmo produto os dois principais constituintes para o desenvolvimento das plantas: nutrientes e matéria orgânica.

[25] As principais vantagens que podem ser enunciadas pelo uso dos fertilizantes de liberação lenta/controlada incluem a redução na quantidade de substâncias a serem aplicadas, diminuição do risco de contaminação/poluição ambiental (decorrentes da lixiviação de nutrientes para corpos aquáticos), redução da quantidade de energia gasta uma vez que se reduz o número de aplicações necessárias comparadas às formulações convencionais, aumentando assim a produtividade agrícola e minimizando custos e o aumento da segurança das pessoas responsáveis pela aplicação do produto no campo, dentre outros.

[26] O produto pode ser produzido na indústria de fertilizantes e outros produtos para agricultura, podendo ser empregado em áreas agricultáveis a principio para diferentes tipos de culturas.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[27] A invenção se refere ao desenvolvimento de um composto para ser empregado como fertilizante de liberação controlada de micronutrientes para os solos. Para isto, apresenta como grande diferencial o uso de turfas e de substâncias húmicas extraídas de turfas enriquecidas com os micronutrientes essenciais cobre, cobalto, ferro, manganês, niquel e zinco no preparo do fertilizante, bem como o encapsulamento do fertilizante com material polimérico. 0 uso de turfas e de substâncias húmicas infere ao composto um alto teor de matéria orgânica, a qual é de fundamental importância pra o desenvolvimento das plantas e também para a qualidade dos solos. O encapsulamento com o material polimérico permite dar forma esférica ao fertilizante, além de permitir a entrada gradual de água dentro do fertilizante. Essa entrada gradual de água aliada com outros fatores como incidência de radiação solar, microbiota do solo, acidez do solo, chuva e ventos permite que o material orgânico (turfa e substâncias húmicas) sofra modificações e libere os micronutrientes previamente adsorvidos de maneira lenta para o solo e plantas. A liberação gradual dos micronutrientes para os solos e plantas aumenta a produtividade agrícola, evita desperdícios de recursos a partir da lixiviação dos fertilizantes para corpos hidricos que levam à contaminaçao ambiental de mananciais pelo excesso destes nutrientes.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[28] A Figura 1 mostra o reator utilizado para o preparo das esferas poliméricas.

[29] A Figura 2 mostra esferas poliméricas preparadas com amostras de turfas TSA-Micro, TSI-Micro, TSA-SH-Micro, TSI-SH-Micro e controle.

[30] A Figura 3 representa graficamente as concentrações dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco nas amostras de esferas poliméricas produzidas a partir das amostras de turfas TSA e TSI e das amostras de SH TSA-SH e TSI-SH enriquecidas com nutrientes e nas amostras de esferas poliméricas controle.

[31] A Figura 4 representa graficamente a liberação dos micronutrientes cobre (- -), cobalto (-★-), ferro (-·-), manganês (-□-), niquel (-Ά-) e zinco (-o-) nas amostras de esferas poliméricas produzidas com amostras de turfas TSA e TSI e nas amostras de substâncias húmicas de turfas TSA-SH e TSI-SH em diferentes valores de pH com enriquecimento dos nutrientes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[32] O processo para o preparo de compostos poliméricos contendo turfas e substâncias húmicas compreende as etapas de: - coleta das amostras de turfa e extração das substâncias húmicas das amostras de turfa; - enriquecimento das amostras com micronutrientes; e - preparo das esferas poliméricas.

[33] Para obter os compostos poliméricos de liberação lenta/controlada contendo as turfas e substâncias húmicas, foram utilizadas amostras de turfas e de substâncias húmicas extraidas de turfas.

[34] Para isso, as turfas foram coletadas em dois locais diferentes no estado de Sergipe, Brasil: Turfeira de Santo Amaro das Brotas - TSA (36°58'52"W; 10°49'3"S) e Turfeira da Serra de Itabaiana - TSI (37°20'25"W; 10°45'29"S) .

[35] As coletas foram feitas por amostragem composta (n=5) , a uma profundidade de 0 a 20 cm da superficie. As amostras foram armazenadas em sacos de polietileno, secas ao ar, trituradas e homogeneizadas em gral de porcelana e peneiradas de 1-2 mm.

[36] Em seguida, as substâncias húmicas das duas turfeiras (denominadas TSA-SH e TSI-SH) foram extraidas usando o procedimento de extração alcalina.

[37] Assim, uma massa de turfa foi separada em um béquer e adicionou-se NaOH 0,05 - 0,lmol L”1, obedecendo-se a proporção de 1:10 (turfa/extrator) .

[38] Em seguida, o béquer foi mantido sob agitação por 4-6 horas e, posteriormente, esperou-se a decantação por 20-24 horas. As SH (sobrenadante) foram separadas e levadas em rota evaporador para concentração. Posteriormente, as amostras de SH foram secas em estufa a 40-45 °C e homogeneizadas em gral de porcelana.

[39] Em seguida, foram preparadas esferas poliméricas com amostras de turfas TSA-Micro e TSI-Micro enriquecidas com micronutrientes e amostras de substâncias húmicas TSA-SH-Micro e TSI-SH-Micro, também enriquecidas.

[40] O procedimento adotado para o enriquecimento das amostras de turfas TSA-Micro e TSI-Micro e de substâncias húmicas TSA-SH-Micro e TSI-SH-Micro está mais bem descrito abaixo: Enriquecimento das amostras de turfas TSA-Micro e TSI- Mi cr o [41] Para cada amostra de turfa (TSA e TSI), foi adicionada a um béquer contendo uma solução multi elementar dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês, niquel e zinco, na concentração final de cada elemento de 5,010,2 mglt1 e em pH 6,0 1 0,2, o qual é ajustado com HC1 ou NaOH 6, Omol ΙΓ1 ou 1,0 mol If1.

[42] Após a adição das amostras de turfas, o béquer foi agitado a cada 2 ou 6 horas por um período de 24 horas. Em seguida, o sobrenadante foi descartado de maneira adequada e as turfas com os micronutrientes já adsorvidos foram separadas e colocadas em placas de petri para secagem a temperatura de 40-45 °C.

[43] Este procedimento foi repetido três vezes a fim de se obter uma massa final de pelo menos 5,0g de cada amostra de turfa enriquecida para o preparo das esferas.

Enriquecimento das amostras das substâncias húmicas TSA-SH-Micro e TSI-SH-Micro [44] O enriquecimento das amostras de substâncias húmicas TSA-SH-Micro e TSI-SH-Micro foi realizado conforme descrito a seguir: [45] Uma solução contendo 1000,0 ± 1 mgL”1 (m/v) de SH (TSA—SH e TSI-SH) foi separada em um béquer e, em seguida, o pH foi ajustado para 4,5 1 0,2.

[46] Em seguida, uma solução multi elementar (pH 4,5) contendo micronutrientes foi adicionada à solução de SH.

[47] Para a amostra TSA-SH, a solução compreendia cobre 60,0±1; cobalto, 50,0+1; ferro, 60,0+1; manganês, 40,011; niquel, 40,0 + 1 e zinco, 5,010,5 mglh1.

[48] Para a amostra TSI-SH, a solução compreendia cobre, 40,011; cobalto, 30,011; ferro, 60,011; manganês, 30,0 + 1; níquel, 20,0 + 1 e zinco, 3,010,3 mglT1.

[49] A solução final da mistura de SH e dos micronutrientes foi mantida sob agitação constante por cerca de 20/30 minutos. Em seguida, esta solução mistura foi adicionada de uma solução de alginato de sódio 2-3 % (m/v) e homogeneizada.

[50] Por fim, a solução final foi adicionada gota a gota sob uma solução de CaCl2 15-20 % (m/v) com o auxilio de um reator e uma bomba peristáltica.

[51] Para a obtenção das esferas poliméricas, foram realizados os mesmos procedimentos no preparo das esferas com as amostras de turfas e no preparo das esferas com as amostras de SH.

[52] O processo de obtenção das esferas está melhor descrito abaixo: [53] As amostras de turfa TSA e TSI já enriquecidas com os micronutrientes foram adicionadas à uma solução de alginato de sódio 2-3% (m/v), homogeneizadas.

[54] Posteriormente, esta mistura foi gotejada sob uma solução de CaCl2 15-20% (m/v) com o auxilio de um reator e uma bomba peristáltica.

[55] O reator possuia uma haste de agitação, o que permitia uma dispersão da gota e não permitia, assim, que esta pingasse sempre no mesmo local e se aglomerasse (Figura 1) .

[56] A velocidade da bomba peristáltica foi controlada para manter um fluxo ideal para que a gota caisse de maneira uniforme. Cabe observar que o pH das soluções de alginato de sódio e CaCÍ2 foi controlado para o valor de pH ideal encontrado nos experimentos de enriquecimento dos micronutrientes.

[57] Após cessar a última gota, a agitação do reator foi desligada e a parte inferior do reator foi aberta para descarte da solução de CaCl2 restante e coleta das esferas. Após o preparo de cada batelada de esferas, estas eram sempre lavadas exaustivamente com água deionizada para retirar o residual de possíveis cátions interferentes.

[58] Na Figura 2, estão mostradas as fotos de cada esfera polimérica preparada. Observa-se que as esferas preparadas com as amostras de turfas apresentaram tamanhos variados entre 0,5 a 1,0 cm. Isto acontece, pois a amostra de turfa contém diferentes minerais, areia e matéria orgânica que influenciam na granulometria da amostra.

[59] Já as esferas preparadas com as amostras de substâncias húmicas apresentaram forma regular e circular definida com tamanhos bem iguais entre si variando de 2 a 4 mm. Cabe ressaltar que as esferas com as amostras contendo os micronutrientes ficaram ainda mais regulares e com forma definida.

Caracterização das esferas poliméricas [60] As esferas foram caracterizadas em função da concentração inicial dos micronutrientes. Desta maneira as amostras foram decompostas em bloco digestor a 150 °C com 10 mL de HNO3 concentrado e cerca de 3 mL de H2O2 30% por 4 horas. As amostras foram decompostas em triplicata. A concentração dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco foram quantificadas por emissão atômica.

[61] Na Figura 3 estão apresentadas as concentrações iniciais dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês e níquel obtidas pela decomposição das esferas poliméricas.

Liberação de micronutrientes das amostras de esferas poliméricas [62] Os experimentos de liberação dos micronutrientes a partir das esferas poliméricas foram feitos utilizando-se de cerca de 3,0 g da cada amostra de esfera: CONTROLE; TSA-Micro; TSI-Micro, TSA-SH-Micro e TSI-SH-Micro.

[63] As amostras foram transferidas para erlenmeyers contendo 250 mL de água deionizada com pH ajustados para 4,5 e 6,0 com solução de HC1 ou NaOH 6,0mol L”1. Os erlenmeyers foram mantidos sob agitação constante e temperatura controlada (25 ± 1 °C) durante 30 dias. Em tempos pré-determinados, alíquotas de 1 mL foram retiradas para posterior análise dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco por emissão atômica. Os experimentos foram feitos em triplicata.

[64] No experimento CONTROLE não foi detectável nenhuma concentração dos micronutrientes, mostrando que não há a liberação destes para o meio. Este comportamento já era esperado uma vez que em nenhuma das soluções utilizadas para o preparo das esferas continha os micronutrientes avaliados.

[65] A Figura 4 apresenta os comportamentos obtidos nos experimentos de liberação das esferas contendo as amostras de turfas e de substâncias húmicas enriquecidas com os micronutrientes. Pode-se observar que os micronutrientes zinco, manganês, niquel e cobalto são facilmente liberados para o meio e alcançam o equilíbrio passados 2 dias de experimento, tanto para as amostras TSA e TSI em ambos valores de pH. Não foram observadas diferenças entre os valores de pH avaliados. Na amostra TSI é possivel observar maiores concentrações dos micronutrientes liberados, principalmente para o micronutriente ferro.

[66] Para as amostras de substâncias húmicas, o micronutriente manganês se destaca quando comparado com os demais, pois em todos os gráficos o manganês é liberado em concentrações elevadas. Novamente para a amostra TSI o elemento ferro é liberado em concentrações maiores do que para a amostra TSA. Estas diferenças se devem as diferenças estruturais encontradas nas análises de caracterização feitas no inicio do trabalho.

[67] Do ponto de vista de um fertilizante de liberação controlada, é necessário que este tipo de fertilizante apresente alguns parâmetros comportamentais bem definidos como: a) não mais do que 15 % do nutriente seja liberado em 24 horas e b) não mais do que 75 % do nutriente seja liberado em 28 dias. Admitindo-se estes parâmetros, é possivel dizer que as esferas poliméricas contendo as amostras de turfas e de substâncias húmicas podem se enquadrar como um fertilizante de liberação controlada.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Compostos poliméricos contendo turfas e substâncias húmicas, CARACTERIZADOS POR compreenderem turfas e substâncias húmicas extraídas de turfas enriquecidas com os micronutrientes essenciais cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco e encapsuladas com material polimérico.

2. Compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOS pelo fato de o encapsulamento com o material polimérico gerar esferas com tamanho entre 0,5 e 1,0 cm para as amostras de turfas e 2 a 4 mm para as amostras de substâncias húmicas.

3. Processo para o preparo de compostos poliméricos contendo turfas e substâncias húmicas, como definidos na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender as seguintes etapas: A) coleta das amostras de turfa e extração das substâncias húmicas das amostras de turfa; B) enriquecimento das amostras com micronutrientes; e C) preparo das esferas poliméricas.

4. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de a etapa A compreender: - coleta por amostragem composta (n=5); - profundidade de 0 a 20 cm da superfície; - armazenamento das amostras em sacos de polietileno; - secagem ao ar; - trituração e homogeneização em gral de porcelana; - peneiraçao de 1-2 mm; extração alcalina das substâncias húmicas das turfas.

5. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de a extração alcalina compreender: - mistura de uma massa de turfa com NaOH 0,05-0,1 molL-1, obedecendo-se a proporção de 1:10 (turfa/extrator); - agitação por 4-6 horas; - decantação por 20-24 horas; - separação das SH sobrenadantes; concentração das SH sobrenadantes em rota evaporador ; - secagem das amostras em estufa a 40-45 °C; - homogeneização em grau de porcelana.

6. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de na etapa B o enriquecimento das amostras de turfas com os micronutrientes compreender: - adição de uma solução multi elementar dos micronutrientes cobre, cobalto, ferro, manganês, níquel e zinco, na concentração final de cada elemento de 5,010,2 mglt1 para cada amostra de turfa (TSA e TSI); - ajuste do pH das soluções para 6,0 1 0,2, o qual é ajustado com HC1 ou NaOH 6,0 molL-1 ou 1,0 molL-1; - agitação a cada 2 ou 6 horas por um período de 20-24 horas; - descarte do sobrenadante e separação das amostras de turfas com os micronutrientes já adsorvidos; - secagem das amostras em placas de petri a 40-45 °C.

7. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de o procedimento ser repetido três vezes a fim de se obter uma massa final de pelo menos 5,0 g de cada amostra de turfa enriquecida para o preparo das esferas.

8. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de na etapa B o enriquecimento das amostras de substâncias húmicas compreender: - solução contendo 1000,0+1 mgLi1 (m/v) de substâncias húmicas; - ajuste do pH da solução para 4,510,2; adição de uma solução multi elementar (pH 4,5) contendo raicronutrientes; - agitação constante por cerca de 20/30 minutos; - a solução final é utilizada na etapa C.

9. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de na amostra de substância húmica TSA-SH, a solução multi elementar compreender: cobre 60,011; cobalto, 50,0+1; ferro, 60,011; manganês, 40,011; niquel, 40,0+1 e zinco, 5,010,5 mglf1.

10. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de na amostra de substância húmica TSI-SH, a solução multi elementar compreender: cobre, 40,0+1; cobalto, 30,011; ferro, 60,011; manganês, 30,011; niquel, 20,011 e zinco, 3, 010, 3 mglh1 .

11. Processo para o preparo de compostos poliméricos, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de na etapa C o preparo das esferas poliméricas compreender: - adição e homogeneização das amostras de turfas e substâncias húmicas enriquecidas com os micronutrientes à uma solução de alginato de sódio 2-3% (m/v); - gotejamento da mistura sob uma solução de CaCl2 15- 20% (m/v) com o auxilio de um reator e uma bomba peristáltica; - controle do pH da mistura entre 4,5 e 6,0; - descarte da solução de CaCl2 restante; - coleta das esferas; e - lavagem das esferas com água deionizada.

12 . Uso de compostos poliméricos contendo substâncias húmicas e turfas, como definidos na reivindicação 1, CARACTERIZADO POR ser como fertilizantes de liberação controlada de micronutrientes para os solos.