Propuesta experimental
Esta pestaña tiene como objetivo demostrar y compartir la fase experimental y de caracterización conforme a la síntesis del nanofertilizante en una matriz biopolimérica de encapsulación que implica el quitosano con incorporación de urea y hierro, con el fin de la aplicación de conceptos integrados en el sitio web, con una visión desde la protección conforme a la sostenibilidad ambiental.
Proceso de síntesis
Materiales
Vasos de precipitado de 250 mL
Pipetas graduadas de 1, 5, Y 10 mL.
Pipeteadores
Espátula y micro espátula
Frasco lavador
Pipeteador
Bureta 25 mL.
Soporte para bureta.
Tubos para centrifuga.
Molde de silicona.
Reactivos
Quitosano
Urea
Solución de hierro 0,1 M.
Hidroxido de sodio.
Polifosfato de sodio 0,1%.
Acido acetico 5%.
Agua tipo 1 y desionizada.
Equipos
Agitador magentico con calentamiento.
Plancha de calentamiento.
Centrifuga.
Estufa.
Desecador.
Balanza analítica.
Procedimiento
Elaboración propia.
Durante esta fase se retoman los principios detrás de los procesos de encapsulación, así como, los requerimientos nutricionales que las plantas necesitan, tales como amonio y hierro, involucrando un diseño experimental para la distribución controlada de los mismos desde el manejo de la nanotecnología y específicamente desde los nanofertilizantes.
Imágenes microscópicas
Elaboración propia.
El el video se presentan las imágenes de formación del nanomaterial antes y despues del secado, bajo los objetivos de 10x y 20x, es posible notar las formas y estructuras de las 2 muestras principales, además del biopolímero proveniente del quitosano
MEB: muestra de (a) NF a 10 µm, (b) NF a 20 µm, (c) NF a 20 µm, y (d) NF a 10 µm
Elaboración propia.
Las micrografías obtenidas por MEB muestra la morfología superficial del nanomaterial tratado previamente con un recubrimiento en oro, sintetizado a base de quitosano, urea y hierro. Es así como la imagen (a) de la figura 8, permite apreciar una estructura altamente porosa con presencia de pliegues y cavidades irregulares lo cual sugiere una buena capacidad de retención y liberación de nutrientes; (b) muestra una región con estructuras laminares y fibrilares, dispuestas de forma compacta, este patrón indica una posible orientación del polímero durante el secado. También pueden estar relacionadas a una resistencia mecánica y estabilidad. En las imágenes (c) y (d), en ambas se identifican cavidades semicirculares y zonas colapsadas que refuerzan la idea de una estructura interna compleja, con acumulaciones granulares distribuidas sobre una base porosa.
Como resultado, las imágenes obtenidas nos indican que se realizó la síntesis de un material a escala nano, ya que en una escala de 10 µm, aún es posible observar aglomeraciones masivas del material, en cambio de las formas individuales claras que se debería esperar según la literatura si fuese de esta escala.
Prueba de antibiosis en caldo nutritivo
Para el análisis, se utilizó como blanco (tubo de la derecha) caldo nutritivo sin ningún crecimiento microbiano, (en el tubo del centro) muestra de Escherichia coli con muestra de quitosano y (en el tubo de la izquierda) prueba positiva de E.. coli.
La prueba se analizó cualitativamente, obteniendo los siguientes resultados para turbidez:
Elaboración propia.
El crecimiento microbiano se puede identificar por nivel de turbidez, en ese sentido, el tubo del centro que contiene la muestra de quitosano, alcanza a inhibir parte del crecimiento microbiano, por tanto la turbidez es leve, si se compara con el tubo de la izquierda que contiene alta actividad por E. coli.
Pruebas de caracterización cualitativas
Determinación de hierro forma colorimétrica
Patrón curva de calibración
Control luego de 7 dias
15 dias
Elaboración propia.
Pruebas de caracterización cuantitativas
Espectroscopia infrarroja de nanofertilizante
Elaboración propia.
Los resultados obtenidos en el espectro IR, se puede apreciar y comparar conforme al manual y libro del equipo, la formación de un polímero perteneciente al quitosano por las bandas entre 1200-1100 que responden a interacciones C-O, así mismo, las bandas entre 1650 y 1580, relacionadas directamente con la relaciones N-H.
Debe resaltarse la banda entre 3500 y 3000 característica de la urea, así como los desplazamiento entre los espectros que se pueden derivar de la formación del complejo con hierro, que se confirma por la presencia del hombro por debajo de los 600, en su relación entre metal+ligando. Finalmente podemos llegar a afirmar que la incorporación del ion metálico permite una estabilidad mayor en el compuesto formado.
Con los datos anteriores y las interpretaciones, se puede concluir que el procesos de encapsulación es exitoso, logrando la conservación de nutrientes dentro del material y conservando las características poliméricas necesarias en el uso como nanofertilizante.
Espectroscopia UV-vis nanofertilizante
* Determinación de mejor medio para distribución controlada
Se realiza el estudio por espectroscopia UV-vis, obteniendo la curva de calibración y los resultados de la exposicion de la muestra a diferentes medios (ácido, agua y base) por 3 horas, para determinar el compartamiento del nanofertilizante en estos, y asi determinar el mejor medio para hacer el estudio.
Entre las conclusiones a las cuales se llegarón se puede afirmar que en medio basico la liberación de hierro es muy baja, en medio acido bastante acelerada y en medio mas neutro (agua) es mas secuencial; con esta consigna, se realiza un estudio sobre el rendimiento de la distribución de Fe conforme al tiempo en medio neutro, obtiendo los siguientes resultados.
Visto así, los resultados e interpretación de los medios para distribución del nanofertilizante, se interpreta su uso hacia pH ácidos o neutros, característica que suelen tener los suelos saludables u óptimos para el cultivo, por lo tanto, se espera que haya un avance en términos de la productividad agrícola sin generarse efectos de degradación del suelo, acercándose a una visión sostenible con el ecosistema.
* Determinación de rendimiento de nanofertilizante
Y=0,189488x+ 1,159x10^-3
r2=0,99991
Lo anterior nos permite comprender el momento con mayor liberación de Fe por parte del material siendo este de manera controlada y progresiva hasta las 6 horas de exposición, donde luego de este punto se reduce la libración, pero aun asi, si se mantiene presente.
Este resultado de cuantificación del rendimiento de distribución controlada de Fe, permite caracterizar el posible aprovechamiento en cultivos de espinaca, tomates, pimientos, algunos frutales, arroz, trigo y maíz, etc, los cuales al exponerse a fertilizantes ricos en este, favorece los procesos de metabolismo enzimático y la fotosíntesis, y en conjunto con la presencia de amonio, determinada de manera cualitativa, que se utilizada para la síntesis de proteínas y desarrollo de tejido vegetal, responde nutricionalmente para enfrentar las crisis de alimentación que se puedan generar u optimizar con el cultivo.
Método de Kjeldahl
Otra prueba que se realizo fue la presencia y cuantificación de nitrogeno, en la cual se utilizo 1,0001 gramos de nanofertilizante, del cual se obtuvo el deto de 0,986% de nitrogeno presente.
Elaboración propia.
El resultado anterior determina la cantidad de nitrógeno, que se asocia a mejorar la calidad de algunos cultivos como los cereales. Sin embargo, al analizar todos los resultados hasta el momento, se argumenta que el nanofertilizante puede incorporarse en los procesos utilizados como alternativas al cultivo en gran escala, donde este podría ser utilizado dentro de la huertas verticales y huertas caseras como alternativa eficiente para mitigar los problemas de sostenibilidad en los ecosistemas.
Regresar