Características físico-químicas do carvão vegetal oxidado e seu efeito nas perdas e suprimento de nitrogênio em mistura com ureia | Physical chemistry characteristics of oxidized charcoal and its effect on nitrogen supply and loss in mixture with urea

A dinâmica da ureia no solo resulta na produção de NH3, que quando aplicada superficialmente tem favorecida sua perda para a atmosfera. Este fato tem sido muito explorado no intuito de reduzir tais perdas e consequentemente aumentar a eficiência agronômica e econômica da ureia. A utilização de carvão oxidado com HNO3 ou da fração solúvel em meio alcalino deste composto junto com ureia propiciou redução em torno de 47 % nas perdas de N. Este trabalho teve como objetivo caracterizar diferentes compostos obtidos a partir da oxidação de carvão vegetal com HNO3 (CVox), avaliar sua capacidade de adsorver NH3, de reduzir a volatilização de NH3 e de suprir N a plantas de milho quando misturados à ureia. Para isto, carvão vegetal foi submetido à oxidação com diferentes concentrações de HNO3 e tempo de reação. Também foi obtida a fração solúvel em meio alcalino (ácido húmico (AHCV)) após oxidação do carvão vegetal com HNO3. Os compostos obtidos foram caracterizados quanto sua composição elementar, pH, ponto isoelétrico, acidez total (titulação potenciométrica), pKa, espectro no infravermelho e espectro XPS. Foi quantificada a capacidade de adsorção de NH3 de todos os compostos a partir de sua incubação em ambiente saturado com NH3. Realizaram-se dois experimentos em laboratório para determinar a volatilização de NH3 da ureia com os compostos. Foi avaliado em casa de vegetação, cultivando-se milho, a capacidade de suprir N de misturas de ureia com o AHCV, com dois carvões oxidados com HNO3 em diferentes concentrações e tempo de reação, mais o NH4NO3 e a ureia pura aplicando-se dose equivalente a 0, 90, 180 e 270 mg dm-3 de N de cada fonte. Determinou-se a produção de massa de matéria seca, conteúdo de N e taxa de recuperação de N pelas plantas de milho. Os resultados indicaram que as propriedades dos CVox são em função somente da concentração de HNO3 e que para obter um composto com a maior oxidação, quantidade de grupos carboxílicos e fenólicos, menor pH e com rendimento em torno de 70 % é necessário a utilização de HNO3 a 5,9 mol L-1. Os valores de pKa indicaram grupamentos funcionais dissociáveis em ampla faixa de pH. Os CVox obtidos a partir da reação com HNO3 em maiores concentrações apresentam quantidade similar de grupos carboxílicos e fenólicos comparado ao AHCV. A capacidade de adsorção de NH3 dos CVox pode ser elevada em até 9 vezes comparada com o carvão vegetal, enquanto para o AHCV é de 5,7 vezes. Os resultados evidenciaram que a capacidade de adsorver NH3 dos CVox apresenta maior correlação com a maior quantidade de grupamentos carboxílicos e menor pH. Verificou- se a redução de até 18 % na volatilização de NH3 das misturas de ureia com CVox na proporção de 0,50 g g-1. O AHCV não foi eficiente em reduzir a volatilização de NH3, do mesmo modo que não apresentou maior eficiência em suprir N às plantas de milho quando mistura à ureia. Os CVox misturados a ureia apresentaram maior taxa de recuperação de N pelas plantas de milho. Conclui-se que a obtenção de CVox utilizando HNO3 na concentração de 5,9 mol L-1 propiciará um produto com propriedades físico- químicas que proporcione boa capacidade de adsorver NH3, de reduzir as perdas por volatilização de NH3 e de aumentar a taxa de recuperação de N quando misturados a ureia na proporção de 0,50 g g-1.

The dynamics of urea in the soil results in production of NH3, which when applied superficially has favored their loss to atmosphere. This fact has been exploited in order to reduce losses and consequently increase the efficacy and cost of urea. The use of coal oxidized with HNO3 or the fraction soluble in alkaline along with urea reduction allowed around 47% of losses of N. This work had as objective to characterize different compounds obtained from oxidation of charcoal with HNO3 (CVox), to evaluate their ability to adsorb NH3, to reduce the volatilization of NH3 and supply N the corn plants when mixed with urea. For this, charcoal was subjected to oxidation with different concentrations of HNO3 and reaction time. Was also obtained the fraction soluble in alkaline (humic acid (AHCV)) after oxidation of charcoal with HNO3. The compounds obtained were characterized as their elemental composition, pH, total acidity, isoelectric point (potentiometric titration), pKa, infrared spectrum and XPS spectrum. Was quantified the NH3 adsorption capacity of all compounds from its incubation in an environment saturated with NH3. Two experiments were conducted in the laboratory to determine the volatilization of NH3 from urea with the compounds. Was evaluated in a greenhouse, cultivating corn, the ability to supply N of mixtures of urea with the AHCV, with two oxidized coals with HNO3 in different concentrations and reaction time, plus the NH4NO3 and pure urea applying dose equivalent to 0, 90, 180 and 270 mg dm-3 N for each source. It was determined the mass production of dry matter, content of N and N recovery rate by corn plants. The results indicated that properties of CVox are in function only the concentration of HNO3 and that for a compound with the highest oxidation, amount of carboxylic and phenolic groups, lower pH and with yields around 70% is necessary the use of HNO3 to 5.9 mol L-1. The pKa values indicated are dissociated functional groups in a wide pH range. The CVox obtained from reaction with HNO3 in higher concentrations have similar amount of carboxylic and phenolic groups compared to AHCV. The ability of adsorption of NH3 from CVox can be raised by up to 9 times compared with charcoal, while the AHCV is 5.7 times. The results showed that ability to adsorb NH3 from CVox presents greater correlation with the largest amount of carboxylic groups and lower pH. There has been a reduction of up to 18 % on volatilization of NH3 from urea and CVox mixtures in ratio of 0.50 g g-1. The AHCV was not effective in reducing the volatilization of NH3, likewise not presented greater efficiency in supply N to plants of corn when the mixing urea. The CVox mixed with urea presented a higher recovery rate N the corn plants. It is concluded that obtaining CVox using HNO3 on concentration of 5.9 mol L-1 will provide a product with physical chemistry properties that provide good ability to adsorb NH3, to reduce losses by volatilization of NH3 and to increase the recovery rate of N when urea mixed in the ratio of 0.50 g g-1.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais