Construção de um protótipo microfluídico e escalonamento de processos para a síntese em fluxo de nanomateriais carbonáceos utilizando reator tubular tipo PFR para aplicação na agricultura como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante

Abstract

O presente trabalho pautou-se na síntese de nanopartículas carbonáceas, com propriedades específicas e capacidade para atuar como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante, e na construção de um equipamento protótipo para a sua produção em fluxo contínuo, viabilizando a aplicação na produção agrícola em escada comercial. A nanopartícula produzida utilizando esse equipamento apresentou composição adequada e reprodutível, com distribuição de tamanho homogêneo em escala nanométrica, atóxica, com propriedades estimulantes e fertilizantes para ser aplicada no setor agroindustrial e contribuir para a intensificação agrícola e aliviar a pressão causada pela produção de alimentos para atender a crescente população e principalmente em quantidade elevada. Para tanto, construiu-se um protótipo de equipamento microfluídico semi-industrial utilizando um reator tubular para a síntese em fluxo contínuo, composto por um reator tubular acoplado a um vaso expansor, que proporcionaram condições adequadas para uma conversão elevada dos reagentes nos produtos desenvolvidos, apresentou uma taxa média de conversão superior à 70%, que é considerada satisfatória para nanomateriais. Uma bomba dosadora foi utilizada para injetar os reagentes na tubulação do reator, garantindo um fluxo pulsado dos reagentes em seu interior, e um trocador de calor conectado à saída do vaso expansor possibilitando condensar os vapores formados. Para formar os nanocompostos, aplicou-se aquecimento sobre o sistema por meio de uma estufa, que manteve a temperatura constante em toda extensão das tubulações e vaso fornecendo a

energia de ativação necessária. Com esse protótipo e com a otimização do processo permitiu- se produzir e escalonar nanomateriais carbonáceos em um nível de produção de dezenas de

gramas por hora, quantidade muito superior à obtida comparada à produzida por reator hidrotermal de batelada, possibilitando assim uma produção em escala industrial e vencendo as barreiras do escalonamento do processo produtivo de obtenção de nanomateriais. O conhecimento sobre nanomateriais as etapas de formação e os ajustes realizados na engenharia de processos como temperatura, vazão, proporção de entrada dos reagentes, dentre outros, permitiram maior homogeneidade dos produtos, aumentando a quantidade de materiais sintetizados, garantindo a qualidade desejada, com uma produção em fluxo ideal para a indústria. Para verificar o potencial da nanopartícula como nanofertilizante e/ou nanobioestimulante foram feitos testes agronômicos em cultivares nos laboratórios e campos experimentais da Universidade de Brasília, da Embrapa, da Universidade Federal do Rio de Janeiro e nos campos abertos do Grupo Phytus e de produtores parceiros. Os ensaios confirmaram as propriedades benéficas da nanopartícula quando aplicadas na agricultura, desenvolvendo e fortalecendo as culturas desde a germinação até a produção de grãos, frutos e tubérculos. Os trabalhos culminaram na criação de três patentes e de uma empresa produtora.