Liberación sostenida de KNO3 a partir de microesferas compuestas de quitosano-carboximetilcelulosa-montmorillonita para su aplicación en agronomía

Abstract

One of the main global strategies for addressing food scarcity is the use of fertilizers. However, in conventional agricultural practices, these agrochemicals are released immediately after application, often leading to significant nutrient losses through leaching. Fertilizer encapsulation has therefore emerged as an important strategy to improve nutrient-use efficiency, reduce soil nutrient leaching, and promote more sustainable and environmentally friendly agricultural practices. By encapsulating nutrients within biodegradable coatings, a sustained and gradual release can be achieved, allowing for reduced fertilizer usage while minimizing environmental impact. Additionally, this technology can contribute to agricultural sustainability by enhancing water retention, improving soil porosity, and increasing plant viability, ultimately leading to higher agricultural productivity. In this work, microspheres based on chitosan, carboxymethylcellulose, and montmorillonite were synthesized and designed for the sustained release of potassium nitrate (KNO3). The microspheres were prepared using the ionic gelation method, and the fertilizer was incorporated by immersion in a saturated KNO3 solution. Microstructural characterization by X-ray diffraction (XRD) indicated a semicrystalline structure, attributed to the presence of the clay and the active compound. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) confirmed the characteristic functional groups of the biopolymers, montmorillonite, and the fertilizer. Surface morphology analysis by scanning electron microscopy (SEM) revealed partially collapsed hemispherical structures with average sizes ranging from 662 to 799 ?m and a loading capacity of up to 68%. Finally, fertilizer release studies in water were carried out, showing release times of more than 10 hours.

Una de las principales estrategias a nivel mundial para atender la escasez de alimentos, es el uso de fertilizantes, sin embargo, en la aplicación convencional de estos agroquímicos la liberación es inmediata y da lugar a procesos de lixiviación de productos químicos. La encapsulación de fertilizantes es importante por varias razones, incluyendo la mejora de la eficiencia en la liberación de nutrientes, la reducción de la lixiviación de nutrientes en el suelo, y la promoción de prácticas agrícolas más sostenibles y amigables con el medio ambiente. Al encapsular los nutrientes con recubrimientos biodegradables, se garantiza su liberación sostenida y gradual, lo que permite reducir la cantidad utilizada y minimizar el impacto ambiental. Esta tecnología también puede contribuir a la sostenibilidad agrícola al mejorar la capacidad de retención de agua, la porosidad del suelo, y la viabilidad de las plantas, lo que a su vez puede aumentar la productividad agrícola. En este trabajo se llevó a cabo la síntesis de microesferas a base de quitosano, carboximetilcelulosa y montmorillonita, destinadas a la liberación sostenida de nitrato de potasio (KNO3). La obtención de las microesferas se realizó mediante el método de gelación iónica, mientras que la incorporación del fertilizante se efectuó por inmersión en una solución saturada de KNO3. La caracterización microestructural mediante difracción de rayos X (XRD) reveló que las microesferas presentan una estructura semicristalina, atribuida a la presencia de la arcilla y del compuesto activo. A través de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) se identificaron los picos característicos correspondientes a los biopolímeros, la montmorillonita y el fertilizante. La morfología superficial se analizó por microscopía electrónica de barrido (SEM), observándose estructuras semiesféricas parcialmente colapsadas, con tamaños promedio en el rango de 662 a 799 ?m y alcanzando una capacidad de carga con valores hasta 68%. Finalmente, se realizaron estudios de liberación del fertilizante en agua, obteniendo tiempos de liberación de más de 10 h.