Reduction in volatilization of ammonia derived from the urea for humic like substances obtained of eucalyptus charcoal

A eficiência agronômica e econômica da uréia, fertilizante nitrogenado mais consumido no mundo, é comprometida pelas perdas por volatilização de NH3, que podem chegar a 80 % do N aplicado. Tem-se buscado alternativas para reduzir a volatilização da NH3, mas essas têm determinado a elevação no custo do fertilizante e os resultados obtidos têm sido incertos devido a inúmeros fatores. O revestimento da uréia com ácidos húmicos (AH) pode se constituir em uma alternativa eficiente, em razão da sua elevada capacidade de troca catiônica, do caráter ácido e do elevado poder tampão. Além disso, AH podem ser obtidos a partir de fonte renovável, como o carvão vegetal. Este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de AH obtidos a partir de carvão de eucalipto para minimizar a volatilização de NH3 derivada da uréia. Ácidos húmicos foram obtidos de carvão de Eucaliptus grandis produzidos nas temperaturas de carbonização de 350 e 450 ºC (AH350 e AH450). Quantificou-se o rendimento na produção dos AH, que foram caracterizados quanto a composição elementar, relação E4/E6 (absorvância 465 nm / absorvância 665 nm), pH e acidez total (CTC). Foi avaliada a influência dos AH na atividade da urease. Realizaram-se dois ensaios em que se mediu a volatilização de NH3; no primeiro avaliou-se a uréia misturada com proporções crescentes dos AH, obtidos a partir da liofilização de solução de uréia com os AH, e no segundo avaliou-se a uréia perolada comercial revestida com 25 % de AH. Ambos foram realizados em um sistema fechado dinâmico (fluxo continuo de ar de 0,25 L min-1) constituído por câmaras de incubação (frasco de 0,34 dm3) e unidades coletoras de NH3 (Erlenmeyers com 60 mL de solução de H3BO3 20 %). Foram realizadas amostragens a cada 24 h após a aplicação da uréia durante dez dias, substituindo-se as unidades coletoras de NH3 por novas. A NH3 capturada foi quantificada por titulação potenciométrica. Caracterizou-se a cinética de volatilização da NH3 por meio de equações de regressão. O rendimento do AH foi de 257 g kg-1 e 541 g kg-1 para os carvões produzidos a 350 e 450 ºC, respectivamente. O AH350 apresentou maior acidez total e menor pH do que o AH450. Ambos os ácidos húmicos apresentaram elevada estabilidade, como evidenciaram as baixas relações E4/E6. A atividade da urease não foi influenciada pelos AH. A liofilização da solução de uréia resultou no material em pó, e esse fato, por si só, ocasionou a redução de aproximadamente 50 % da volatilização de NH3, mascarando possíveis efeitos das doses crescentes de AH. O recobrimento do grânulo de uréia com os AH retardou o início da volatilização. Além disto, o pico máximo de volatilização de NH3 ocorreu 72 h após a aplicação, enquanto que para a uréia sem revestimento ocorreu a 48 h. Os AH promoveram menor taxa de volatilização. No entanto, somente o AH350 foi capaz de diminuir significativamente a volatilização total de NH3, o que pode ser atribuído à sua maior acidez total, que favoreceu a formação e adsorção do NH4 +.The economic and agronomic efficiency of urea, more nitrogen fertilizer consumed in world, is compromised by loss by volatilization of NH3, which can reach 80% of N applied. It has sought alternatives to reduce the volatilization of NH3, but these have given the rise in the cost of fertilizer and the results are uncertain due to many factors. The coating of urea with humic acids (HA) can be an efficient alternative for their cation exchange capacity high, of acid character and the high power buffer. Also, HA can be obtained from renewable source such as charcoal. This study aimed to evaluate the potential of HA obtained from charcoal from eucalyptus to minimize volatilization of NH3 derived from urea. Humic acids were obtained from charcoal of Eucalyptus grandis produced in carbonization temperature of 350 and 450 ºC (HA350 and HA450). We quantified the performance in the production of HA, which were characterized as the elemental composition, E4/E6 ratio (absorbance 465 nm / absorbance 665 nm), pH and total acidity (CTC). The influence of HA was evaluated in activity of urease. There were two trials which measured the volatilization of NH3, the first focuses on the urea mixed with increasing proportions of HA, obtained from the lyophilization of solution of urea with the HA, and the second focuses on the urea pearly commercial coated with 25 % HA. Both were conducted in a closed system dynamic (continuous flow of air of 0.25 L min-1) consisting of an incubation chamber (bottle of 0.34 dm3) and collecting units of NH3 (Erlenmeyer flasks with 60 mL of solution of H3BO3 20 %). Samples were taken every 24 h after application of urea during ten days, is replacing the units with new collector of NH3. The NH3 captured was quantified by potentiometric titration. Was characterized the kinetics of volatilization of NH3 through regression equations. The yield of HA was 257 g kg-1 and 541 g kg-1 for the coal produced at 350 and 450 °C, respectively. The HA350 showed higher total acidity and lower pH than the HA450. Both humic acids showed high stability, as evidenced in low E4/E6 relations. The urease activity was not influenced by HA. The lyophilization of the solution of urea resulted in the material powder. This fact, alone, caused a reduction of approximately 50% of the volatilization of NH3, masking effects of increasing doses of HA. The coating of urea granule with HA delayed the onset of volatilization. In addition, the peak of volatilization of NH3 occurred 72 h after application, while for the uncoated urea occurred at 48 h. HA promoted the lower rate of volatilization. However, only the HA350 was capable of significantly reducing the total volatilization of NH3, which can be attributed to its higher total acidity, which favors the formation and adsorption of NH4 +.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

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 Gerai

Urea coated with oxidized charcoal reduces ammonia volatilization

Urea is the most consumed nitrogen fertilizer in the world. However, its agronomic and economic efficiency is reduced by the volatilization of NH3, which can reach 78 % of the applied nitrogen. The coating of urea granules with acidic compounds obtained by charcoal oxidation has the potential to reduce the volatilization, due to the acidic character, the high buffering capacity and CEC. This work aimed to evaluate the effect of HNO3-oxidized carbon on the control of NH3 volatilization. These compounds were obtained by oxidation of Eucalyptus grandis charcoal, produced at charring temperatures of 350 and 450 ºC, with 4.5 mol L-1 HNO3. The charcoal was oxidized by solubilization in acidic or alkaline medium, similar to the procedure of soil organic matter fractionation (CHox350 and CHox450). CHox was characterized by C, H, O, N contents and their respective atomic relations, by the ratio E4 (absorbance 465 nm) by E6 (absorbance 665 nm), and by active acidity and total acidity (CEC). The inhibitory effect of CHox on the urease activity of Canavalia ensiformis was assessed in vitro. The NH3 volatilization from urea was evaluated with and without coating of oxidized charcoal (U-CHox350 or U-CHox450) in a closed system with continuous air flow. The pH of both CHox was near 2.0, but the total acidity of CHox350 was higher, 72 % of which was attributed to carboxylic groups. The variation in the ionization constants of CHox350 was also greater. The low E4/E6 ratios characterize the high stability of the compounds in CHox. CHox did not inhibit the urease activity in vitro, although the maximum volatilization peak from U-CHox450 and U-CHox350 occurred 24 h after that observed for uncoated urea. The lowest volatilization rate was observed for U-CHox350 as well as a 43 % lower total amount of NH3 volatilized than from uncoated urea.A ureia é o fertilizante nitrogenado mais consumido no mundo, porém a sua eficiência agronômica e econômica é comprometida pela volatilização de NH3, que pode chegar a 78 % do N aplicado. O revestimento da ureia com compostos obtidos pela oxidação ácida do carvão vegetal tem potencial para reduzir a volatilização, em razão do caráter ácido, do elevado poder-tampão de acidez e da elevada CTC. Este trabalho objetivou avaliar o efeito do carvão de eucalipto oxidado com HNO3 no controle da volatilização de NH3 a partir da ureia. Esses compostos foram obtidos a partir da oxidação de carvão de Eucalyptus grandis produzidos nas temperaturas de carbonização de 350 e 450 ºC com HNO3 4,5 mol L-1. Os carvões oxidados (CHox350 e CHox450) foram obtidos por meio da solubilização em meio ácido ou alcalino, semelhante ao procedimento de fracionamento da matéria orgânica do solo. Os CHox foram caracterizados por meio dos teores de C, H, O, N e respectivas relações atômicas, da relação E4 (absorvância 465 nm) / E6 (absorvância 665 nm), da acidez ativa e acidez total (CTC). Avaliou-se o potencial inibidor dos CHox na atividade in vitro da urease de Canavalia ensiformis. Em um sistema fechado com fluxo contínuo de ar, avaliou-se a volatilização de NH3 a partir da ureia perolada sem e com o revestimento de carvão oxidado (U-CHox350 ou U-CHox450). Ambos os CHox mostraram pH próximo de 2,0, mas o CHox350 apresentou maior acidez total, sendo 72 % desta atribuída a grupos funcionais carboxílicos. O CHox350 também apresentou maior variação nas constantes de ionização. Os baixos valores das relações E4/E6 caracterizam a elevada estabilidade dos compostos nos CHox. Os CHox não inibiram a atividade da urease in vitro, no entanto o pico de máxima volatilização a partir da U-CHox350 e U-CHox450 ocorreu 24 h depois daquele verificado para a ureia sem revestimento. A U-CHox350 apresentou menor taxa de volatilização e redução de 43 % na quantidade total de NH3 volatilizada, em relação à ureia sem revestimento

Urea coated with oxidized charcoal reduces ammonia volatilization

Urea is the most consumed nitrogen fertilizer in the world. However, its agronomic and economic efficiency is reduced by the volatilization of NH3, which can reach 78 % of the applied nitrogen. The coating of urea granules with acidic compounds obtained by charcoal oxidation has the potential to reduce the volatilization, due to the acidic character, the high buffering capacity and CEC. This work aimed to evaluate the effect of HNO3-oxidized carbon on the control of NH3 volatilization. These compounds were obtained by oxidation of Eucalyptus grandis charcoal, produced at charring temperatures of 350 and 450 ºC, with 4.5 mol L-1 HNO3. The charcoal was oxidized by solubilization in acidic or alkaline medium, similar to the procedure of soil organic matter fractionation (CHox350 and CHox450). CHox was characterized by C, H, O, N contents and their respective atomic relations, by the ratio E4 (absorbance 465 nm) by E6 (absorbance 665 nm), and by active acidity and total acidity (CEC). The inhibitory effect of CHox on the urease activity of Canavalia ensiformis was assessed in vitro. The NH3 volatilization from urea was evaluated with and without coating of oxidized charcoal (U-CHox350 or U-CHox450) in a closed system with continuous air flow. The pH of both CHox was near 2.0, but the total acidity of CHox350 was higher, 72 % of which was attributed to carboxylic groups. The variation in the ionization constants of CHox350 was also greater. The low E4/E6 ratios characterize the high stability of the compounds in CHox. CHox did not inhibit the urease activity in vitro, although the maximum volatilization peak from U-CHox450 and U-CHox350 occurred 24 h after that observed for uncoated urea. The lowest volatilization rate was observed for U-CHox350 as well as a 43 % lower total amount of NH3 volatilized than from uncoated urea

Influence of low plasticity burnishing on the formation of strain induced martensite in the surface layer

In this research, AISI 304 austenitic stainless steel was used as work material and the influence of low plasticity burnishing (LPB) parameters (speed, number of passes and pressure) was investigated in terms of equivalent strain, LPB force, strain induced α′-martensite formation, deformation wave morphology and microhardness. Additionally, a correlation between the formation of α′-martensite and surface topography was investigated. The results showed that increasing the number of passes and pressure intensifies strain, while higher speed reduces friction and results in lower and more evenly distributed strain. The formation of LPB-induced α′-martensite was analyzed in a surface layer from 0.255 μm to a maximum depth of 2 μm. The highest content of α′-martensite was identified near the surface and decreased with depth. Mössbauer analysis (depth of ≈0.1 μm) supported this result. This behavior deviates from predictive models. Increasing the LPB speed reduces the α′-martensite content due to the generated adiabatic heat and, in some cases, its formation is nearly inhibited (< 5 %). The increase in the number of passes elevates the strain and, consequently, the α′-martensite content, with a maximum value approximately 90 %. Furthermore, the number of LPB passes was the only parameter to produces a refined grain layer. The increase in pressure elevates the strain, raising the content of α′-martensite. The trend of increasing α′-martensite content with higher numbers of passes and pressure was also observed in the context of waviness, i.e., the increase in deformation that is responsible for the higher α′-martensite content also increases the surface waviness