Morphological and chemical profiling of biochar derived from invasive aquatic weed towards bio-nanofertilizer development
Resumo
Desde o início do século XXI, o biocarvão (BC) tem chamado a atenção por suas aplicações agrícolas e ambientais. O aguapé (WH; Eichhornia crassipes), uma erva daninha aquática invasiva, surgiu como uma matéria-prima promissora para a produção de BC devido ao seu rápido crescimento e propriedades de acumulação de nutrientes. No entanto, os estudos sobre a fortificação com nanonutrientes do BC derivado do WH e a dinâmica molecular da sorção de nutrientes ainda são limitados. Este estudo preparou BC a partir de biomassas de folhas (D1) e caules (D2) de WH, alcançando rendimentos de 31% e 34%, respectivamente, sob pirólise a 600 °C. Foram avaliados tempos de permanência no forno de 15 a 60 minutos, com carbonização ideal ocorrendo em ≥30 minutos. Análises SEM e FTIR revelaram estruturas altamente porosas com grupos funcionais, incluindo –COOH, –OH, CC e –SO, predominantemente em D1. O BC era alcalino (pH 10,7), com capacidades de calagem de 14,76–28,94% cceq., potenciais zeta de −34 a −38 mV e tamanhos de partículas de 146–583 nm. O BC de 30 minutos apresentou alta disponibilidade de nitrogênio (34.550 ppm), fósforo (56 ppm) e potássio (609 ppm), juntamente com capacidades de retenção de água de 1,58–2,26 g g−1. Este estudo destaca o potencial inexplorado do WH como um recurso sustentável para o desenvolvimento de biofertilizantes nanoativados, oferecendo uma solução para o gerenciamento da propagação invasiva da planta, ao mesmo tempo em que melhora o gerenciamento de nutrientes do solo e contribui para o sequestro de carbono atmosférico, com implicações positivas para a mitigação das mudanças climáticas.
Abstract
Since the early 21st century, biochar (BC) has garnered attention for its agricultural and environmental applications. Water hyacinth (WH; Eichhornia crassipes), an invasive aquatic weed, has emerged as a promising feedstock for BC production due to its rapid growth and nutrient accumulation properties. However, studies on nano-nutrient fortification of WH-derived BC and the molecular dynamics of nutrient sorption remain limited. This study prepared BC from WH leaf (D1) and stem (D2) biomasses, achieving yields of 31% and 34%, respectively, under pyrolysis at 600 °C. Furnace residence times of 15–60 minutes were evaluated, with optimal carbonization occurring at ≥30 minutes. SEM and FTIR analyses revealed highly porous structures with functional groups, including –COOH, –OH, C![[double bond, length as m-dash]](https://www.rsc.org/images/entities/char_e001.gif)
C, and –SO, predominantly in D1. The BC was alkaline (pH 10.7), with liming capacities of 14.76–28.94% cceq., zeta potentials of −34 to −38 mV, and particle sizes of 146–583 nm. The 30 minute BC exhibited high nitrogen (34 550 ppm), phosphorus (56 ppm), and potassium (609 ppm) availability, alongside water-holding capacities of 1.58–2.26 g g−1. This study highlights the unexploited potential of WH as a sustainable resource towards nano-enabled biofertilizer development, offering a solution for managing the plant’s invasive spread, while simultaneously improving soil nutrient management and contributing to atmospheric carbon sequestration, with positive implications for climate change mitigation.
A. Irewale
E. Elemike
P. Aikpokpodion
R. Thangavelu
C. Dimkpa
E. Oguzie
2025 - RSC Sustainability
