Retardación de la liberación de fósforo del biocarbón modificado a través de un enlace de quimiosorbción Fe-N_x-P...

Área de la Ciencia:

• Ciencias del medio ambiente Ciencias del medio ambiente.
• Química Agrícola La Química Agrícola es el campo de la química agrícola.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

• La contaminación de fósforo (P) agrícola no puntual por el escurrimiento de fertilizantes amenaza gravemente los ecosistemas acuáticos.
• El biochar puede proporcionar propiedades de liberación controlada para los fertilizantes, pero optimizar la cinética de liberación a través de la modificación química requiere una mayor comprensión.
• La relación entre la cinética de liberación modulada y las energías de enlace químico en el biocarbón modificado no está bien establecida.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y evaluar un nuevo biochar copirolizado mediado por enlaces Fe-Nx-P (P-CB) para la liberación equilibrada de P en suelos.
• Para dilucidar los mecanismos que rigen la cinética de liberación de P y su correlación con las energías de enlace químico.
• Evaluar las implicaciones agrícolas y ambientales del uso de P-CB como fertilizante de liberación lenta.

Principales métodos:

• Copirólisis del biochar con precursores que contienen P para crear enlaces Fe-Nx-P.
• Caracterización de las propiedades del biocarbón, incluida la superficie, la estructura cristalina, los enlaces químicos (XPS) y los elementos de superficie.
• Experimentos de liberación de P in vitro, cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT), prueba de Mantel para la desorción de mesoporo y análisis de distribución de Boltzmann.
• Experimentos en macetas para evaluar el rendimiento de la biomasa del frijol mung en comparación con el fertilizante encapsulado convencional (P-EF).

Principales resultados:

• P-CB exhibió una reducción de la liberación de P (36,3%) en la etapa inicial y una mayor liberación (25,8%) en una etapa posterior, alineándose mejor con las necesidades de los cultivos que P-EF.
• La caracterización confirmó una transición de la desorción física a la desorción química Fe-Nx-P, con un aumento del 12,7% en Fe-Nx.
• Los cálculos de DFT mostraron que el enlace Fe-Nx-P es 2,3 veces más fuerte que la sorción física, lo que confirma su papel en la cinética de liberación lenta.
• Los experimentos en macetas demostraron un aumento del 63% en la biomasa de frijol mung con P-CB en comparación con P-EF.
• El estudio identificó una correlación entre las energías teóricas de unión y los coeficientes de partición experimentales (kd), confirmando el papel del enlace N-P en la liberación lenta.

Conclusiones:

• El nuevo biochar mediado por enlaces Fe-Nx-P (P-CB) controla efectivamente la liberación cuantitativa de P a través de un mecanismo que involucra enlaces químicos fortalecidos.
• P-CB ofrece una estrategia prometedora para reducir la contaminación agrícola no puntual y mejorar la eficiencia del uso de fertilizantes.
• Los hallazgos proporcionan un nuevo enfoque para modular la cinética de liberación de P en fertilizantes a base de biocarbón.