[pt] No presente trabalho foi feita inicialmente uma revisão bibliográfica sobre a formação e redução da ferrita de zinco. Em seguida fez-se um estudo cinético e termodinâmico da sua formação a partir da mistura dos óxidos de ferro puro, Fe2O3 e de zinco puro, ZnO, em proporção mássica estequiométrica ã do composto Fe2O3/ZnO = 2/1, considerando que este composto tem sido considerado como o constituinte de maior porcentagem em peso nos pós de aciaria elétrica (fornos elétricos a arco).A ferrita de zinco, que geralmente se forma no aquecimento de diferentes proporções de misturas dos óxidos constituintes, incluindo a estequiométrica, foi caracterizada térmica (DTA-TGA) e estruturalmente (XRD). A temperatura onde começou a se formar a ferrita de zinco e os resultados quantitativos das conversões da sua síntese, foram calculadas pelo software Topas 2,1 Difracc Plus, usando o método Reitveld XRD. Os seguintes resultados da análise cinética da formação de ferrita de zinco, foram obtidos; a baixas temperaturas (650-730 graus Celsius) as conversões obtidas ajustaram-se ao modelo de reação de interface ou modelo topoquímico, sendo a reação química o mecanismo de controle obtendo-se uma Ea = 65,6 kcal / mol e um k = 2,32 x 10-3 K-1 ; nas altas temperaturas (750 - 1000 graus Celsius) o ajuste ao modelo de crescimento populacional modificado, foi o mais adequado, sendo o mecanismo de controle o difusional e obtendo-se uma Ea =16,1 kcal /mol e k = 570 K -1. Finalmente encontrou-se um estágio de transição entre os dois mecanismos numa temperatura aproximada de 745 graus Celsius (controle misto). Foram gerados vários diagramas operacionais de predominância de fases (DOPF)necessários para orientar os trabalhos perimentais. Estes diagramas consistiram de uma análise termodinâmica da redução de misturas de ZnO e Fe2O3 pelos gases redutores CO e H2, focando primordialmente à formação e a redução da ferrita de zinco. Foram utilizados os seguintes software: HSC versão 5,0 e Mathcad versão 6,0. Os resultados desta avaliação foram os DOPF dos seguintes sistemas: Zn-C-O, Zn-H-O, Zn-C-H-O, Fe-C-H-O e Zn-Fe-C-H- O com a variação das atividades de suas fases metálicas e de seus óxidos. / [en] The present work includes initially a bibliographical revision on the formation and reduction of the zinc ferrite. Further a thermodynamic and kinetic study was made, focusing its formation from an equimolar mixture of pure iron oxide Fe2O3, and pure zinc oxide ZnO, due to the fact that this substance is often the major constituent in the electric arc furnace dust. The zinc ferrite that is formed during the operation of the electric arc furnaces doesn t necessarily results from an equimolar mixture; it could be produced from a wide range of constituents compositions. Initially the equimolar mixture was characterized thermally (DTA-TGA) and structurally (XRD). The temperature where this compound began its formation and the quantitative results regarding the zinc ferrite synthesis conversion were calculated by the software Topas 2,1 Difracc Plus, using the Reitveld XRD method. The following experimental results from the kinetic analysis of the zinc ferrite formation were obtained: at low temperatures (650-730 Celsius Degree) the phenomena fitted the interface reaction model, or topochemical model, being the chemical reaction the control mechanism. The obtained data in this case was: Ea equal 65,6 kcal / mol and k equal 2,32 x 10-3 K-1. On the other hand, at high temperatures (750-1000 Celsius Degree) the modified population growth formalism showed the best fit, being the diffusional mechanism the controlling process. Again the obtained data was: Ea equal 16,1 kcal / mol and k equal 570 K-1. Finally a transition between the two mechanisms was found to happen at approximate 744 Celsius Degree (mixed control). Several DOPF (phase predominance operational diagrams) were obtained based upon the thermodynamic analysis of the Fe2O3 - ZnO mixtures reduction driven by CO and H2 reducing gases, focusing the formation and reduction of zinc ferrite compound. For that purpose the softwares HSC 5,0 and MathCAD 6,0 were utilized. The DOPF for the systems: Zn-C-O, Zn-H-O, Zn-C-H- O, Fe-C-H-O and Zn-Fe-C-H-O, considering the activities of their metallic and their oxides phases, were generated and discussed.

[pt] O presente estudo foca o comportamento da redução da ferrita de zinco produzida em laboratório e a contida nos pós de aciaria elétrica (PAE) pelo CO puro e misturas COCO2, esta última tomada como exemplo de um caso real. Este trabalho se iniciou com a caracterização dos principais compostos presentes no PAE (óxido de ferro (III), óxido de zinco e ferrita de zinco) usando técnicas, metodologias e equipamentos para caracterizações térmica (ATD-ATG), estrutural (DRX), microscópica (MEV-MET analise de EDS), física (porosidade do briquete, massa especifica, tamanho médio e área superficial específica das partículas) e química. Constatou-se que as partículas dos materiais estudados são predominantemente de geometria esférica e, em particular o estudo via MET da ferrita de zinco, revelou aglomerados micrométricos e homogêneos tipo clusters, formados por partículas arredondadas e constituídas por alguns monocristais com tamanhos da ordem de 100 nm. Com a finalidade de estudar a cinética de redução da ferrita de zinco, foram realizados ensaios de redução por CO puro e misturas gasosas formadas por: 75 por cento CO-25 por cento CO2 e 50 por cento CO-50 por cento CO2 nas temperaturas de 1073, 1173, 1223, 1273 e 1373K. O tempo máximo de redução foi de 105 min. Os resultados obtidos permitiram propor uma sequência cinética de redução, ao longo da qual os principais produtos de redução da ferrita de zinco foram caracterizados via MEV, visando estabelecer a fenomenologia/morfologia da redução. Conclui-se que a fenomenologia morfológica e cinética da redução da ferrita de zinco, embora complexa, é similar a da redução dos óxidos de ferro, dependendo das composições gasosas, temperatura e tempo de reação. O estudo morfológico permitiu constatar que a redução da ferrita de zinco evidencia sua decomposição nos óxidos constituintes (ZnO e Fe2O3), na faixa de 1073 a 1273K e a redução sequencial do óxido de zinco e dos óxidos de ferro. Os típicos produtos sólidos da redução são: óxido de zinco (ZnO), wüstita (FeO), óxidos mistos do tipo (Zn, Fe)O e ferro metálico. O estudo cinético estabeleceu ainda que ocorre uma rápida redução do óxido de zinco, liberando zinco gasoso, evidenciando a seguinte sequência de redução: primeiramente, o óxido de zinco se reduz, seguido dos óxidos de ferro. Isto ocorre significativamente nas temperaturas entre 1223 e 1373K. Estabeleceu-se um modelo geral de redução da ferrita de zinco usando a metodologia de superfície resposta (RSM), que envolveu o planejamento estatístico fatorial 3(4) para avaliar a influência dos fatores preestabelecidos sobre a (porcentagem) Redução (temperatura e tempo de reação, composição gasosa, e massa da amostra). Os modelos cinéticos que melhor ajustaram os mecanismos de redução foram: o modelo de reação química de interface-simetria esférica, seguido pelo modelo exponencial de reação contínua, representados por: [1 - raiz cúbica de (1 -alfa)] = kt e −ln(1 -alfa) igual a kt , respectivamente. O modelo de reação química de interface - simetria esférica, representado por: [1 - raiz cúbica de (1 - alfa)] = kt foi o que melhor adequou-se à redução da ferrita de zinco sintética. Os parâmetros cinéticos obtidos foram: (a) 100 por cento CO: Ea de 55,60 kJ/mol e A igual a 8,833 mHz; (b) 75 por cento CO-25 por cento CO2: Ea igual a 88,21 kJ/mol e A igual a 127,74 mHz; (c) 50 por cento CO-50 por cento CO2: Ea igual a 95,21 kJ/mol e A igual a 193,37 mHz; De maneira similar, no caso da redução da ferrita de zinco presente no PAE, o modelo que melhor representou o processo, também foi o modelo de reação química de interface - simetria esférica, representado por: [1 - raiz cúbica de (1 - alfa)] igual a kt , sendo, Ea (energia de ativação aparente) e A (constante pré-exponencial de Arrhenius), os parâmetros cinéticos obtidos: (d) 100 por cento CO: Ea igual a 52,34 kJ/mol, e A igual a 4,98 mHz; (b) 75 por cento CO-25 por cento CO2: Ea igual a 66,70 kJ/mol e A igual a 76,06 mHz; (c) 50 por cento CO-50 por cento CO2: Ea igual a 86,28 kJ/mol e A igual a 289,59 mHz. A comparação entre as energias de ativação aparente, permitiu concluir que tanto a redução da ferrita de zinco sintética como a redução dos Pós de Aciaria Elétrica-PAE, tiveram como etapa controladora da reação global a redução dos óxidos de ferro, particularmente para a redução com 100 por cento CO. No caso da redução com misturas COCO2, isto não foi observado para a ferrita de zinco sintética, embora possa ser válida para os Pós de Aciaria Elétrica-PAE, considerando seu baixo teor de zinco. Assim, para o caso da redução da ferrita de zinco por misturas CO-CO2, propõe-se como etapa controladora a redução simultânea do óxido de zinco e dos óxidos de ferro. / [en] This work deals with the behavior of the synthetic zinc ferrite reduction as well as a case study for the same process using electric arc furnace dusts (EAFD). These processes were conducted under pure CO atmosphere and CO-CO2 gas mixtures. The research here reported onsets with the characterization of the compounds present in EAFD - Iron (III) oxide, zinc oxide and zinc ferrite - using techniques, methodologies and equipments for thermal characterization (DTA-TGA), structural (XRD), microscopic (SEM-TEM coupled to EDS), physical (briquette porosity, specific gravity, average size and particle specific surface) and chemical analysis. It was found that the studied materials particles showed predominantly spherical geometry and in particular, the TEM scans in the zinc ferrite, reveled cluster type micrometric and homogeneous agglomerates formed from single crystal round particles having the size of circa 100 nm. Aiming at the study of the kinetics of the zinc ferrite reduction experiments were conducted using synthetic and EAFD materials submitted to pure CO gas and mixtures of it with CO2 in the following proportions: 75 per cent CO-25 per cent CO2 e 50 per cent CO-50 per cent CO2. The runs were conducted at the temperatures 1073, 1173, 1223, 1273 e 1373K and the maximum reaction time was 105 min. The obtained results permitted the proposal of a kinetic reduction reaction chain. In the course of the study, also, the main zinc ferrite reduction products were characterized by the SEM analysis. This analysis also permitted the observation of phenomenological and morphological correlations during the process. It was concluded that the morphological and kinetic zinc ferrite reduction, in spite being a complex process, it is similar to iron oxides reduction, meaning, dependent on the gaseous compositions, temperature and reaction times. The morphological prism permitted to propose that the zinc ferrite reduction denounces its instantaneous decomposition in their constituent oxides (ZnO and Fe2O3) when submitted to temperatures in the range of 1073 to 1273K and also the sequential reduction of zinc and iron oxides. The typical reduction products were zinc oxide (ZnO), wüstite (FeO) and mix oxides type (Zn, Fe) O and metallic iron. Again, the kinetic study established that a rapid reduction of the zinc oxide occurs, as compared to the other present oxides, through the sequence: firstly the zinc oxide reduction takes place, and this is followed by the iron oxides reduction. The last processes occur significantly for temperatures in the range of circa 1223 to 1373K. A general model of the zinc ferrite reduction by the gaseous mixture of CO-CO2 was proposed using the response surface methodology (RSM) for the factorial analysis 3(4). This was done evaluating the effect of the following variables: temperature, reducing atmosphere composition, specimen mass and reaction time over the (percentage)Reduction. The kinetic models that presented the better adjustment for the reduction were the boundary chemical reaction model for spherical symmetry (BCRM ss) with the equation [1 - cubic root (1 - alfa)] equal kt and the model of simple exponential continuous reaction obeying the relation: − ln(1 - alfa) equal kt . The kinetic parameters obtained (Ea, apparent activation energy, and A, Arrhenius preexponential frequency fator) were for the first model, that is synthetic zinc ferrite: (a) 100 per cent CO gas: Ea equal 55,60 kJ/mol & A equal 8,83 mHz; (b) 75 per cent CO-25 per cent CO2: Ea equal 88,21 kJ/mol and Aequal 127,74 mHz; (c) 50 per cent CO-50 per cent CO2: Ea equal 95,21 kJ/mol and A equal 193,37 mHz. And for the second material, zinc ferrite contained in the EAF dusts: (a) 100 per cent CO gas: Ea equal 52,34 kJ/mol and A equal 4,98 mHz; (b) 75 per cent CO-25 per cent CO2: Ea equal 66,70 kJ/mol and A equal 76,06 mHz; (c) 50 per cent CO-50 per cent CO2: Ea equal 86,28 kJ/mol and A equal 289,59 mHz. The comparison between the apparent activation energy obtained from the best fitting kinetic models permitted to conclude that the zinc ferrite reduction as well as the electric arc furnace dusts reduction global reactions rates are controlled by iron oxides reduction, this in particular for the case of the reduction with 100 per cent CO. As for the reduction with the CO-CO2 gas mixtures, this was not observed for the synthetic zinc ferrite, although, for the reduction of the electric arc furnace dust, this could be the case due to their low zinc content. Considering these facts and the experimental results of this work, it is suggested that the zinc ferrite reduction by CO-CO2 gas mixtures has the global reaction rate controlled simultaneously by the reduction of both zinc and iron oxides.

[pt] Nanopartículas de óxidos metálicos têm sido objeto de estudo devido suas propriedades ópticas, eletrônicas e magnéticas diferenciadas. Além disso, espinélios, em particular a ferrita de cobalto (Fe2CoO4), tem se destacado dado o crescente número de aplicações voltadas à exploração do seu potencial catalítico, principalmente no âmbito dos processos de química verde. Neste contexto, o presente trabalho tem como foco a síntese de nanopartículas do espinélio Fe2CoO4, no âmbito de uma rota de processamento sol-gel, as quais são em seguida caracterizadas visando ao estudo de características relevantes, tais como, composição química elementar, desordem catiônica, tamanho e morfologia dos cristais, via microscopia eletrônica (MEV/EDS) e difração de raios – x (DRX). Finalmente, o potencial catalítico das nanopartículas produzidas foi investigado no que diz respeito à oxidação de uma matéria prima enriquecida em carbono oriunda da pirólise da madeira, mediante ensaios preliminares em forno tubular, bem como via experimentos de termogravimetria (TG). Neste contexto, amostras diversas foram produzidas variando-se a temperatura de calcinação (300 a 1000 graus Celsius), procurando-se estabelecer correlações entre a atividade catalítica medida e as características intrínsecas de cada material. Os resultados obtidos sugerem que as amostras produzidas a 300 e 400 graus Celsius com 6h de tratamento apresentaram superior atividade catalítica para a oxidação da matéria-prima a 600 graus Celsius conduzida no forno tubular. A atividade catalítica foi igualmente comprovada via testes termogravimétricos conduzidos com a amostra calcinada a 400 graus Celsius na faixa de temperatura entre 480 e 630 graus Celsius. O óxido de interesse se mostrou estável na referida faixa de temperatura. O modelo do núcleo não reagido permitiu uma avaliação quantitativa da cinética de oxidação do carvão na referida faixa de temperaturas, encontrando-se um único valor de energia de ativação – 50,1kJ/mol. / [en] Nanoparticles of metallic oxides have been studied because of their optical, electronic and magnetic properties. In addition, spinel, particularly cobalt ferrite (Fe2CoO4), has stood out due to the increasing number of applications aimed at exploiting its catalytic potential, especially in the field of green chemistry. In this context, the present work focuses on the synthesis of Fe2CoO4 spinel nanoparticles, within the scope of a sol-gel processing route, which are then characterized for the study of relevant characteristics such as elemental chemical composition, cationic disorder, Size and morphology of the crystals, via electron microscopy (SEM / EDS) and X - ray diffraction (XRD). Finally, the catalytic potential of the nano particles produced was investigated with respect to the oxidation of a carbon-enriched raw material from the pyrolysis of the wood, through preliminary tests in a tubular furnace, as well as via thermogravimetric (TG) experiments. In this context, several samples were produced by varying the calcination temperature (300 to 1000 degrees Celsius), aiming to establish correlations between the measured catalytic activity and the intrinsic characteristics of each material. The obtained results suggest that the samples produced at 300 and 400 degrees Celsius with 6h of treatment presented superior catalytic activity for the oxidation of the raw material at 600 degrees Celsius conducted in the tubular furnace. The catalytic activity was also verified through thermogravimetric tests conducted with the sample calcined at 400 degrees Celsius in the temperature range between 480 and 630 degrees Celsius. The oxide of interest was shown to be stable in said temperature range. The unreacted nucleus model allowed a quantitative evaluation of the oxidation kinetics of the coal in said temperature range, with a single activation energy value of 50.1 kJ / mol.

[pt] A demanda energética mundial está em constante crescimento e tal cenário faz aumentar a preocupação com os impactos ambientais, muitos deles decorrentes da exploração de combustíveis fósseis e sua utilização desmedida. Neste contexto, o estudo da pirólise da biomassa apresenta uma alternativa para a produção direta de calor que pode vir a ser utilizado em usinas termoelétricas sustentáveis. Uma investigação foi realizada abordando o tema da reciclagem de madeira sobre a possibilidade de aproveitá-la a biomassa principal deste processo. Este trabalho apresenta a caracterização da madeira reciclada bem como da madeira de eucalipto para poder averiguar a similaridade química entre as duas biomassas. Para tanto foram realizadas análises de espectroscopia de infravermelhos (FTIR) e difração de raios-X (DRX), além de análises de microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão de energia (MEV/EDS). Com o auxílio da técnica de termogravimetria (TG) foram realizados experimentos de pirólise lenta da madeira reciclada, a partir dos quais foram identificados eventos térmicos, caracterizados por perdas de massa. Para verificar um possível efeito oxidante dos óxidos Fe2CoO4 e Co3O4, realizou-se também pirólise lenta da mistura da madeira reciclada com cada um dos óxidos, tendo sido identificados eventos térmicos que não estavam presentes nos experimentos com a madeira pura. Os principais eventos foram avaliados cineticamente por métodos model-free que permitem a determinação da energia de ativação sem a necessidade de assumir uma ordem de reação. Foram utilizados os métodos de Kissinger (KS) e Kissinger-Akahira-Sunose (KAS), empregando os dados de experimentos realizados no TG com cinco taxas de aquecimento diferentes até 1100 graus Celsius. Para o evento térmico de maior importância, entre 200 e 390 graus Celsius tanto na madeira pura quanto na mistura, o ajuste de ambos o métodos foi satisfatório e está de acordo com a literatura. / [en] World s energy demand is constantly growing, and this scenario raises the concern about environmental impacts, many of them resulting from the constant manipulation of fossil fuels and their excessive use. In this context, the study of biomass pyrolysis presents an alternative for the direct production of heat that can be used in sustainable thermoeletric plants. To this end, a research has been carried out on the possibility of taking advantage of recycled wood as the main biomass of this process, an investigation that has been carried out along with a company in the field of wood recycling. This work presents the characterization of a recylced and a typical Brazilian eucalyptus wood with the purpose of proving their chemical similarity. Therefore, analysis of Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS), X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) was performed. Thermogravimetric (TG) experiments were carried out with slow pyrolysis of recycled wood and eucalyptus wood, from wich were identified thermal events, characterized by mass losses. To verify a possible oxidative effect of the compounds Fe2CoO4 and Co3O4, slow pyrolysis of a mixture of the recycled wood with each of the oxides was also performed, and thermal events that were not present in the experiments with the pure wood were identified. The main thermal events were kinetic investigated with model-free methods wich allows the determination of the activation energy without the need of a reaction order pre-stipulated. In this workk were tested the Kissinger (KS) and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) model-free methods and the TG data of five different heating rate were collected until 1100 Celsius degrees. For the most relevant thermal event, wich occurs from 200 to 390 Celsius degrees (for recycled wood and its mixture with the oxides) the adjustment of both methods was fine and accordance with literature.

[pt] Devido a grande poluição do meio ambiente, diferentes estratégias devem ser tomadas para remediação ambiental. Dentre as diversas estratégias, é possível citar adsorção de cátions metálicos de soluções aquosas, adsorção de fármacos, utilização e armazanamento de energia verde. Dito isso, o presente estudo relata a utilização das estratégias mencionadas. Portanto, foi utilizada nanofibras de celulose oxidada via TEMPO (2,2,6,6-tetrametil-piperidinil-N-oxil), TCNF, para a remoção de cátions de ferro, zinco e cobalto. Sua capacidade adsortiva para a remoção de ferro e zinco puros apresentou valores de 5902 e 5633 Miligrama por grama−1 , respectivamente. Quando ferro e zinco removidos de uma mesma solução, a capacidade adsortiva de TCNF foi de 5852 e 5622 Miligrama por grama−1 . Para a adsorção de cobalto, sua concentração reduziu de 50 grama por litro−1 para 8,3 grama por litro−1 . Posteriormente, as amostras de TCNF impregnadas com metais foram levadas para calcinação, com objetivo de produção de óxidos nanoestruturados. Em temperaturas a partir de 300 graus C, fases de hematita são identificadas e a partir de 400 graus C fases de zincita e franklinita são identificadas por ajustes de Rietveld nos difratogramas obtidos. Adicionalmente, quando calcinadas em atmosfera inerte, é possível observar o surgimento de óxidos. Além disso, todas as morfologias foram analisadas via MET e MEV, e podem ser comparadas a um nanocoral com espessuras entre 20 e 30 nm. Então, as amotras de ferrita de zinco foram aplicadas em adsorção de tetraciclina, com capacidade adsortiva de 18 miligrama por grama−1 e também como capacitor, atingindo um valor de capacitância de 2031 Farad por grama−1 . A amostra contendo ferrita de cobalto foi utilizada como catalisador para extração de H2 de borohidreto e a quantidade de gás hidrogênio extraída girou em torno de 476,4 Litros de hidrogênio produzido por grama de borohidreto de sódio por grama de catalisador. A energia de ativação para a reação foi calculada em torno de 57 Quilojoules por mol−1 . Portanto, a inovadora rota de síntese de óxidos nanoetruturados aparenta ser promissora. / [en] Due to significant environmental pollution, different strategies require to be implemented for environmental remediation. Among the different approaches, it is possible to cite the adsorption of metallic cations from aqueous solutions, adsorption of pharmaceuticals, and the use and storage of green energy. With this in mind, the present study reports the use of the mentioned strategies. Thus, oxidized cellulose nanofibers, produced via TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-piperidinyl-N-oxyl), TCNF, were used for the removal of iron, zinc, and cobalt cations from aqueous solution. Their adsorptive capacity for the removal of pure iron and zinc was 5902 and 5633 Milligram per gram−1 , respectively. When iron and zinc were removed from the same solution, the adsorptive capacity of TCNF was 5852 and 5622 Milligram per gram−1 , respectively. For cobalt adsorption, its concentration decreased from 50 gram per liter−1 to 8.3 gram per liter−1 . Subsequently, the TCNF samples impregnated with metals were subjected to calcination to produce nanostructured oxides. At temperatures above 300 C degrees, hematite phases were identified, and at 400 C degrees, zincite and franklinite phases were identified through Rietveld refinements of the obtained diffractograms. Additionally, when calcined in an inert atmosphere, the appearance of oxides was observed. Moreover, all morphologies were analyzed via TEM and SEM, resembling a nanocoral with thicknesses between 20 and 30 nm. The zinc ferrite samples were applied to tetracycline adsorption with an adsorptive capacity of 18 miligram per gram−1 and also as a capacitor, achieving a capacitance value of 2031 Farad per gram−1 . The cobalt ferrite sample was used as a catalyst for hydrogen extraction from borohydride, and the amount of extracted H2 was around 476.4 liters of hydrogen produced per gram of sodium borohydride per gram of catalyst. The activation energy for the reaction was calculated to be approximately 57 Kilojoules per mole−1 . Therefore, the innovative route for the synthesis of nanostructured oxides appears to be promising.