Phosphorus adsorption and fertilizer potential of Mg / Al-layered double hydroxide-doped biochar

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Autor(es): dc.contributorMelo, Leônidas Carrijo Azevedo-
Autor(es): dc.contributorSilva, Carlos Alberto-
Autor(es): dc.contributorSilva, Maria Lígia de Souza-
Autor(es): dc.contributorLustosa Filho, José Ferreira-
Autor(es): dc.contributorMatiello, Edson Marcio-
Autor(es): dc.creatorBarrera, Ana María Villarreal-
Data de aceite: dc.date.accessioned2026-02-09T12:46:34Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2026-02-09T12:46:34Z-
Data de envio: dc.date.issued2025-07-11-
Data de envio: dc.date.issued2025-01-28-
Fonte completa do material: dc.identifierhttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60040-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1168047-
Descrição: dc.descriptionArquivo retido, a pedido da autora, até maio de 2026.-
Descrição: dc.descriptionPhosphorus (P) is an essential nutrient for plant growth, and its recovery from alternative sources offers a sustainable strategy to recycle this critical element within a circular economy. Biochar, derived from biomass pyrolysis, is a promising matrix for P adsorption from wastewater. Nevertheless, its efficiency is limited, requiring functionalization with metals to create effective adsorption sites. Double layer hydroxides (LDHs), particularly Mg/Al LDH, exhibit excellent P adsorption capacity due to their layers structure. Biochar and LDH composites are promising materials that have gained considerable attention in recent years. This study examined the effects of biochar doping with Mg/Al LDH, through ball milling on the adsorption and desorption capacity of P in aqueous solutions and their performance as fertilizer in tropical soils. Biochars were produced from eucalyptus sawdust impregnated with Mg(OH)2 and pyrolyzed at 300 °C (BC300), 600 °C (BC600) and 900 °C (BC900). LDHs with Mg/Al molar ratios of 1:1 (LDH1), 2:1 (LDH2), 3:1 (LDH3) and 4:1 (LDH4), and composites were prepared using 80% biochar and 20% LDH4 via ball milling. Characterization included pH, electrical conductivity (CE), humidity, ash content, total nutrient and carbon content, Fourier-transform infrared spectroscopy(FTIR), X-ray diffraction (DRX), thermogravimetric analysis (TG), scanning electron microscopy (SEM-EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses, adsorption kinetics and isotherms. BC300 and BC600 achieved the highest P adsorption capacities(53.8 and 56.4 mg g-1) at a 10 g-1 dose, while LDH4 displayed upper adsorption (272 mg g-1) at 1 g-1. Doping BC300 with LDH4 increased P adsorption by 48.5%, and BC600 in 18.7%. The most likely P-removal mechanism was the formation of surface complex as observed by XPS. Biochar doped with Mg(OH)2 adsorbed P primarily throughthe precipitation of Mg phosphate. Greenhouse experiments showed that P-loaded biochar and biochar-LDH composites significantly enhanced maize growth and P accumulation in plant tissues compared to P-loaded LDH. In the second cultivation cycle, BC300-LDH produced 28% more dry matter than triple superphosphate. Soil analysis showed improvements in pH, Mg and P availability, along with increased base saturation (V%), bases (SB) and P remaining (P-rem). This demonstrates that these P-loaded biochar-LDH composites have potential as slow-release fertilizers and may exhibit increased efficiency in tropical soils. In conclusion, the dry doping of biochar with Mg/Al ldh via ball milling proved to be a simple and effective method for composites production to increase P adsorption capacity. Furthermore, P-loaded biochar-LDH composites showed promise as alternative fertilizers, offering a sustainable approach to reduce reliance on fully soluble P fertilizers.-
Descrição: dc.descriptionFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG-
Descrição: dc.descriptionO fósforo (P) é um nutriente essencial para o crescimento das plantas, e sua recuperação de fontes alternativas oferece uma estratégia sustentável para reciclar esse elemento crítico dentro de uma economia circular. O biochar, derivado da pirólise de biomassa, serve como matriz promissora para adsorção de P de águas residuais. No entanto, sua eficiência é limitada, exigindo funcionalização com metais para criar locais de adsorção eficazes. Hidróxidos Duplos Lamelares (LDHs), particularmente Mg/Al LDH, exibem excelente capacidade de adsorção de P devido à sua estrutura em camadas. Compósitos de biochar e LDH são materiais promissores que ganharam atenção considerável nos últimos anos. Este estudo examinou os efeitos da dopagem de biochar com Mg/Al LDH, via moagem com moinho de bolas, na capacidade de adsorção e dessorção de P em soluções aquosas e seu desempenho como fertilizante em solos tropicais. Biochars foram produzidos a partir de serragem de eucalipto impregnada com Mg(OH)2 e pirolisada a 300 °C (BC300), 600 °C (BC600) e 900 °C (BC900). LDHs com razões molares Mg/Al de 1:1 (LDH1), 2:1 (LDH2), 3:1 (LDH3) e 4:1 (LDH4) foram sintetizados, e compósitos foram preparados usando 80% de biochar e 20% de LDH4 via moagem de bolas. A caracterização incluiu pH, condutividade eletrica (CE), umidade, teor de cinzas, teor total de nutrientes e carbono, análises deespectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de Raios-X (DRX), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS) e espectroscopia de fotoelétrons de Raios-X (XPS), cinética de adsorção e isotermas. BC300 e BC600 atingiram as maiores capacidades de adsorção de P (53,8 e 56,4 mg g-1) em uma dose de 10 g L-1, enquanto LDH4 exibiu adsorção superior (272 mg g-1) em 1 g L-1. A dopagem de BC300 com LDH4 aumentou a adsorção de P em 48,5%, e BC600 em 18,7%. O mecanismo mais provável de remoção de P foi a formação de complexo de superfície, conforme observado por XPS. O biochar dopado com Mg(OH)2 adsorveu principalmente P por meio da precipitação de fosfato de Mg. Experimentos em casa de vegetação demonstraram que os compostos de biochar carregado com P e biochar-LDH aumentaram significativamente o crescimento do milho e o acúmulo de P em tecidos vegetais em comparação com LDH carregado com P. No segundo cultivo, BC300-LDH produziu 28% mais materia seca que o superfosfato triplo. A análise do solo revelou melhorias no pH, Mg e disponibilidade de P, juntamente com aumento da saturação de bases (V%), soma de bases (SB) e P remanescente (P-rem). Isso demostra que esses compósitos de biochar-LDH carregados com P tem potencial como fertilizantes de liberação lenta e podem apresentar eficiência aumentada em solos tropicais. Concluindo, a dopagem a seco do biochar com Mg/Al LDH via moinho de bolas provou ser um método simples e eficaz para a produção de compósitos visando aumentar a capacidade de adsorção de P. Além disso, os compósitos de biochar-LDH carregados com P mostraram-se promissores como fertilizantes alternativos, oferecendo uma abordagem sustentável para reduzir a dependência de fertilizantes de P totalmente solúveis.-
Descrição: dc.descriptionTecnológico-
Descrição: dc.descriptionEconômicos-
Descrição: dc.descriptionMeio ambiente-
Descrição: dc.descriptionTecnologia e produção-
Descrição: dc.descriptionTrabalho-
Descrição: dc.descriptionODS 2: Fome zero e agricultura sustentável-
Descrição: dc.descriptionODS 6: Água potável e saneamento-
Descrição: dc.descriptionODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura-
Descrição: dc.descriptionODS 12: Consumo e produção responsáveis-
Descrição: dc.descriptionODS 13: Ação contra a mudança global do clima-
Descrição: dc.descriptionODS 14: Vida na água-
Descrição: dc.descriptionODS 15: Vida terrestre-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languageen-
Publicador: dc.publisherUniversidade Federal de Lavras-
Publicador: dc.publisherPrograma de Pós-Graduação em Ciência do Solo-
Publicador: dc.publisherUFLA-
Publicador: dc.publisherbrasil-
Publicador: dc.publisherEscola de Ciências Agrárias – ESAL-
Direitos: dc.rightsAttribution 3.0 Brazil-
Direitos: dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/-
Palavras-chave: dc.subjectRecuperação de fósforo-
Palavras-chave: dc.subjectCompostos biochar-LDH-
Palavras-chave: dc.subjectMoinho de bolas-
Palavras-chave: dc.subjectPlantas de Milho-
Palavras-chave: dc.subjectFertilizante de liberação lenta-
Palavras-chave: dc.subjectPhosphorus recovery-
Palavras-chave: dc.subjectBiochar-LDH composites-
Palavras-chave: dc.subjectBall milling-
Palavras-chave: dc.subjectMaize-
Palavras-chave: dc.subjectSlow-release fertilizer-
Palavras-chave: dc.subjectCIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO-
Título: dc.titlePhosphorus adsorption and fertilizer potential of Mg / Al-layered double hydroxide-doped biochar-
Título: dc.titleAdsorção de fósforo e potencial fertilizante de biochar dopado com hidróxido duplo em camadas de Mg/Al-
Tipo de arquivo: dc.typetese-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras (RIUFLA)

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