[pt] A busca por novos reagentes de baixa toxicidade e de alta biodegradabilidade tem sido estimulada. Como resultado, diversas pesquisas vêm desenvolvendo biorreagentes, dentre eles os biossurfactantes. Os biossurfactantes são moléculas de origem microbiana que possuem ação superficial. Essas moléculas, com propriedades anfifílicas, são produzidas biologicamente e têm aplicação em diversos setores industriais. Assim sendo, esta pesquisa teve como objetivo estudar a flotação do sistema hematita-quartzo utilizando o biossurfactante solúvel produzido por Rhodococcus erythropolis como biorreagente coletor. O biossurfactante (BS) foi caracterizado por análises químicas para determinar a percentagem de proteínas, carboidratos e lipídeos e, suas propriedades físico-químicas foram determinadas por tensão superficial e concentração micelar crítica (CMC). Os minerais e sua interação com o BS foram caracterizados por medições de potencial zeta, medidas de ângulo de contato e espectroscopia no infravermelho (FTIR) para determinar suas propriedades eletrocinéticas, hidrofobicidade e grupos funcionais, respectivamente. Os resultados de adsorção revelaram maior adsorção do biossurfactante na superfície de hematita do que na superfície de quartzo e, isto foi confirmado por analises FTIR e testes de microflotação. Os resultados de microflotação de hematita e de quartzo foram maiores em pH 3 e com concentração de BS de 100 mg/L, com recuperações em torno de 99,88 por cento e 31,05 por cento, respectivamente e, os mesmos foram analisados estatisticamente para obter uma função polinomial representativa da microflotação. Os testes de microflotação do sistema hematita-quartzo mostraram que o biossurfactante é mais seletivo com hematita do que quartzo. O estudo cinético mostrou que os dados experimentais da microflotação de hematita foram ajustados quanto ao modelo cinético de primeira ordem como ao modelo cinético de ordem fracionária, enquanto os dados experimentais da microflotação de quartzo foram ajustados ao modelo cinético de ordem fracionária. Finalmente, os resultados deste trabalho evidenciaram que a utilização do biossurfactante solúvel produzido por Rhodococcus erythropolis como reagente coletor no sistema hematita-quartzo foi viável, demonstrando o seu grande potencial e mostrando- se bastante promissor para uma futura aplicação na indústria da flotação mineral. / [en] The search for new reagents of low toxicity and high biodegradability has been stimulated. As a result, several researches have been developing bioreagents, among them biosurfactants. Biosurfactants are molecules of microbial origin that have surface action. These molecules, with amphiphilic properties, are produced biologically and have application in various industrial sectors. Therefore, this research aimed to study the flotation of the hematite- quartz system using the soluble biosurfactant produced by Rhodococcus erythropolis as a collector bioreagent. The biosurfactant (BS) was characterized by chemical analysis to determine the percentage of proteins, carbohydrates and lipids and its physicochemical properties were determined by surface tension and critical micellar concentration (CMC). The minerals and their interaction with BS were characterized by measurements of zeta potential, contact angle measurements and infrared spectroscopy (FTIR) to determine their electrokinetic properties, hydrophobicity and functional groups, respectively. The adsorption results revealed higher adsorption of the biosurfactant onto the hematite surface than onto quartz surface and this was confirmed by FTIR analysis and microflotation tests. The results of hematite and quartz microflotation were higher at pH 3 and at the concentration of 100 mg/L, with recoveries around 99.88 percent and 31.05 percent, respectively, and they were analyzed statistically to obtain a polynomial function representative of microflotation. The microflotation tests of the hematite-quartz system showed that the biosurfactant is more selective with hematite than quartz. The kinetic study showed that the experimental data of hematite microflocation were adjusted to both the first order kinetic model and the kinetic model of non-integral order, while the experimental data of the quartz microflotation were adjusted to the kinetic model of non-integral order. Finally, the results of this work showed that the use of the soluble biosurfactant produced by Rhodococcus erythropolis as a collector reagent in the hematite-quartz system was feasible, demonstrating its great potential and showing quite promising for a future application in the mineral flotation industry.

Submitted by Jos? Henrique Henrique (jose.neves@ufvjm.edu.br) on 2017-06-02T22:41:13Z No. of bitstreams: 2 edilailsa_januario_melo.pdf: 2845467 bytes, checksum: 55f2a32335b696129bb30309f301b7ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2017-06-22T12:28:16Z (GMT) No. of bitstreams: 2 edilailsa_januario_melo.pdf: 2845467 bytes, checksum: 55f2a32335b696129bb30309f301b7ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-22T12:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 edilailsa_januario_melo.pdf: 2845467 bytes, checksum: 55f2a32335b696129bb30309f301b7ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O desenvolvimento de novos semicondutores fotocatalisadores, em particular os ativos na produ??o de hidrog?nio por fragmenta??o molecular da ?gua e da am?nia (presente no lixiviado de biodigestores ou de aterros sanit?rios e em efluentes industriais), tem dominado a ordem priorit?ria de interesse nas tecnologias avan?adas para a gera??o de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a produ??o fotocatalisada de hidrog?nio gasoso, a partir da fragmenta??o molecular da ?gua ou da am?nia, por uso da hematita pura ou da hematita dopada com os c?tions met?licos cobalto, n?quel, cobre e zinco como materiais semicondutores. Os materiais preparados por coprecipita??o foram caracterizados pelas t?cnicas de EDX, MEV, DRX, espectroscopia M?ssbauer, FTIR, BET e XPS. A taxa da produ??o de hidrog?nio foi avaliada por medidas de densidade da corrente gerada pelo H2(g) evolu?do da fragmenta??o molecular da ?gua ou da am?nia, em c?lula fotoeletroqu?mica (PEC). Foram tamb?m realizados testes fotocatal?ticos, sob luz vis?vel, com as hematitas, pura e com dopantes, como fotocatalisadores para degrada??o do corante ?ndigo de carmim, utilizado como mol?cula modelo, simulando a decomposi??o de substrato org?nico poluente em ?gua presente em efluentes industriais. Os resultados dos testes de degrada??o do corante mostraram que as hematitas dopadas com cobre e zinco tiveram relativamente alta atividade na degrada??o do corante; os melhores resultados foram obtidos com a hematita com zinco. Na evolu??o do hidrog?nio da fotocat?lise da ?gua, a dopagem com c?tions met?licos n?o alterou significativamente a atividade fotoeletroqu?mica da hematita. Ainda assim, a amostra de hematita dopada com n?quel foi a que apresentou um discreto aumento da densidade de corrente, maior propor??o de hidrog?nio gasoso produzido, sob radia??o com comprimento de onda maior do que 450 nm. A densidade de corrente gerada da degrada??o da am?nia foi maior, se comparada ? fragmenta??o da ?gua. No entanto, a dopagem tamb?m n?o alterou de forma significativa a atividade PEC dos materiais. Das amostras de hematitas dopadas, a com cobre foi a que apresentou os melhores resultados fotoeletroqu?micos, ainda que abaixo da efici?ncia fotoeletroqu?mica da hematita pura. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-gradua??o em Biocombust?veis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. / Technological developments of semiconductors to be used as photocatalysts for hydrogen production and for the degradation of organic pollutants in water in different circumstances, such as ammonia sluggishness from biodigesters and organic residues from industrial effluents, are strongly challenging the interest of the scientific community. The main objective of this work was to evaluate the molecular hydrogen production from the molecular fragmentation of water and ammonia using pure hematite and cobalt, nickel copper and zinc dopant prepared as co-precipitators as semiconductor materials. The materials prepared were characterized by EDX, MEV, XRD, M?ssbauer, FTIR, BET and XPS spectroscopy. The evaluation of the hydrogen production was carried out through measurements of current densities generated by the decomposition of water and ammonia in a photoelectrochemical cell (PEC). Photocatalytic tests were also carried out under visible light using pure hematite and with dopants as photocatalysts for the degradation of carmine indigo dye used as a model molecule. The results of the dye degradation tests showed that copper and zinc doped hematite increased dye degradation, and the best results were obtained for zinc hematite. In the evolution of hydrogen from water, the doping with metallic cations did not significantly alter photoelectrochemical activity of hematite, the hematite with nickel was the sample that presented a small increase in current density when in the presence of light. The current density generated by the ammonia degradation and consequent hydrogen production was higher when compared to water, however, doping also did not significantly alter the PEC activity of the materials, comparing the materials, the hematite with copper was the sample that presented the best results.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-02-25T12:42:28Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaMineralogiaEtapa.pdf: 8356294 bytes, checksum: 8e302b474028b3eec183bfd3ccf87334 (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-02-25T14:08:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaMineralogiaEtapa.pdf: 8356294 bytes, checksum: 8e302b474028b3eec183bfd3ccf87334 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-02-25T14:08:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_InfluênciaMineralogiaEtapa.pdf: 8356294 bytes, checksum: 8e302b474028b3eec183bfd3ccf87334 (MD5) Previous issue date: 2011 / Neste trabalho foi realizado um estudo de caracterização mineralógica em amostras bauxitas de forma a permitir uma melhor quantificação das espécies de ferro presentes nos minérios originais e nas lamas vermelha obtidas a partir da digestão alcalina em escala de laboratório. Esta caracterização permitiu identificar um correlação entre a composição mineralógica e o desempenho na etapa de sedimentação da lama vermelha. As amostras utilizadas nesse trabalho são provenientes de Trombetas (Mineração Rio do Norte) e de Paragominas (Mineração Paragominas S.A.) localizadas no Pará também uma amostra de Gana. Os ensaios de digestão alcalina foram realizados a 145°C e pressão de 5,0 Kgf/cm 2 . Tanto as amostras iniciais quanto as lamas geradas na digestão foram caracterizadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétricas, análises químicas, difração de raios X e espectroscopia Mössbauer A quantificação das fases majoritárias existentes em todas as amostras foi realizada com a combinação dos resultados obtidos por estas técnicas. A espectroscopia Mössbaue possibilitou a comprovação da existência de dois tipos de goethita nas amostras iniciais Para algumas amostras ocorreu a conversão de goethita para hematita. Observou-se um correlação linear satisfatória (R 2 ~0.90, n = 9) entre a velocidade de sedimentação e o teores de goethita com maiores substituições isomórficas e/ou menores tamanhos d partícula. Desta forma, sugere-se que a presença desse tipo de goethita tem efeito negativo na velocidade de sedimentação. ____________________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: A mineralogical characterization of several bauxites was undertaken in order in order to improve the quantification of all iron-bearing species occurring in the beneficiated ores and in the red mud obtained from the alkaline digestion tests carried out on laboratory scale. A correlation between the mineralogical composition and the settling rate of red mud was derived. The samples used in this work were from Trombetas (MRN) and Paragominas (Mineração Paragominas S.A.) located in the Para State and one sample from Ghana. The alkaline digestions were done at 145°C and pressure of 5.0 kgf/cm 2 . Both the initial samples and the red mud generated in these digestions were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, chemical analysis, X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy. The quantification of the major phases was made by combining the results obtained by these techniques. The Mössbauer results allowed the identification of two types of goethite in the initial samples. For some samples it was observed the conversion of goethite to hematite during the digestion. A satisfactory linear correlation (r 2 ~ 0.90, n =9) between the red mud settling and the concentration of goethite with higher isomorphic substitutions and / or smaller particle sizes was observed. Thus, it is suggested that the presence of this type of goethite has a negative effect on the settling rate.

O caulim do Rio Capim na Amazônia Oriental se constitui num depósito importante para o Brasil, ocupando lugar de destaque na produção mundial desta matéria prima mineral. Os modelos estabelecem uma origem para a caulinita vinculada ao intemperismo em condições lateríticas (Paleogeno Inferior) a partir de um substrato formado por rochas sedimentares da Formação Ipixuna (Cretáceo Superior). No perfil, destacam-se em ordem de importância entre os compostos de ferro, a hematita e a goethita, minerais pouco estudados no caulim do Rio Capim. A partir dos fácies principais do caulim (fácies caulim macio na base e caulim duro no topo), foram separados e concentrados os minerais de interesse para estudos de detalhe, utilizando a difratometria de raios X (DRX) e a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Entre os parâmetros determinados, obtiveram-se estimativas da dimensão, forma, área superficial e substituição isomórfica. A interpretação dos resultados evidencia o potencial de aplicação das informações na estimativa do comportamento destes minerais durante o processo de beneficiamento e para a discussão do modelo genético dos perfis de caulim. As goethitas e hematitas de ambos os fácies possuem propriedades muito semelhantes, reforçando o modelo que especula sobre uma origem comum para a fácies caulim macio e caulim duro do perfil. Entre as propriedades, destacam-se a elevada cristalinidade e a baixa participação do alumínio em sua composição, proporcionando a estes minerais um comportamento com resistência moderada a elevada nos processos de lixiviação ácida e a tendência de dissolução preferencial da hematita. O conjunto de características dos óxidos e oxihidróxidos de ferro são compatíveis com uma formação em ambientes hidromórficos, com baixa influência da matéria orgânica a partir de soluções com baixa atividade do ferro, moderadamente redutoras a fracamente ácidas. Dentro do modelo genético da formação do caulim, sua origem não está associada à zona de laterização do perfil, sendo compatível com um ambiente saprolítico e hidromórfico. As propriedades observadas permitem afirmar que os processos naturais que favoreceram a formação da caulinita na base do manto de alteração foram suficientemente longos e intensos para promover a retirada do ferro destas fácies num processo não dissociado no tempo. No modelo, o caulim é uma fácies da base do perfil formado abaixo do nível freático de um espesso perfil laterítico em condições moderadamente redutoras e ácidas com elevada atividade do Si e do Al, porém, com carência de Al disponível para a formação da hematita e da goethita. Neste ambiente, haveria uma lenta mobilização do Fe dentro do perfil sem a necessidade do estabelecimento de um evento excepcional com uma elevada atividade da matéria orgânica, como previsto em alguns modelos. / The Rio Capim Kaolin from the eastern Amazon is recognized as one of the largest deposits of Brazil with a quality and volume that place this area amongst the most important deposits in the world. Despite the importance and the significant amount of studies about kaolin, many questions remain unanswered and the genesis of this occurrence is not well understood. Perhaps, the consensus today is the acceptance of the Rio Capim kaolin origin to be related to a lateritic weathering process during the Early Paleogene, period with favorable geotectonic, duration and climatic conditions to originate a thick cover with the development of a complete weathering profile above a substrate composed by sedimentary rocks of the Ipixuna Formation (Cretaceous). The models consider kaolin to be a bottom facies of a thick lateritic profile, but nowadays the upper lateritic facies was destroyed (probably by erosion periods along the middle to upper Paleogene). The kaolin profile has two facies: the bottom one, which is called soft kaolin, and the upper, differentiated one forming the flint kaolin. Most controversial points are related to the way that the flint kaolin was formed and the mechanism in which the iron was mobilized from the kaolin profile as a whole. This study aims to get some insight about the Rio Capim kaolin development using some properties measured from the iron oxides and oxyhydroxides. The iron and titanium minerals from the kaolin represent the most important contaminants, and a large effort is made by the industry to eliminate their influence but, despite this negative reputation, those minerals also represent a source of valuable information about the environmental conditions of the profile. Among them, hematite is the most widespread in the entire kaolin profile, followed by goethite, whose importance increases in the direction of the flint kaolin facies. Representative samples of kaolin facies were selected from the kaolin profile and submitted to an approach that allowed concentrating the iron minerals and eliminating the influence of kaolinite. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FTIR), a set of properties of the hematite and goethite were determined, including median crystal dimensions, shapes, specific surface area and mineral composition by estimating the isomorphous replacement of iron (Fe) by aluminum (Al). The results show that hematites and goethites do not have enough differences in their properties to support a genesis model with radical changes in their conditions . In terms of behavior to acid leaching, the observed variations were important to predict differences in the rate of mineral dissolution and possibilities of preferential dissolution of hematite in relation to goethite, promoting the increase of the yellow component with the leaching. Both hematite and goethite have high crystallinity and the isomorphous replacement of Fe by Al is low. Comparing the properties observed in synthetic and natural environments, the hematite and goethite from the Rio Capim kaolin profile have characteristics that relate these minerals to a formation environment in hydromorphic conditions where the influence of organic matter was low, with low iron activity, weakly reduced and acidic conditions. These conditions are found in a saprolitic domain in accordance with the bottom facies of a thick laterite profile. Despite agreeing with a laterite model, differences make it difficult to explain iron depletion by organic matter only (Pirabas Event) and the origin of flint kaolin facies by a subsequent and superimposed laterite period. With the hematite and goethite properties found in this study, it is possible to propose that the Rio Capim kaolin is the bottom facies of a laterite profile formed in the zone permanently below the water table. Contrasting with the upper laterite portion of the profile, the bottom zone is in hydromorphic conditions and allowed the fixation of Al and Si to form kaolinite by primary feldspar and mica minerals of the Ipixuna Formation. This environment promotes the slow depletion of iron without the need of an exceptional accumulation of organic matter. The flint kaolin facies was formed in the same period of the soft kaolin facies and the observed differences in the kaolinite morphology are only related to changes caused by the location of this facies in the intermediate zone characterized by the water table fluctuation, but again without the need of subsequent superimposed lateritic processes.

Orientador: Prof. Dr. Flavio Leandro de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / Com a crescente demanda energética mundial e a necessidade de desenvolvimento nos métodos renováveis para obtenção de energia surge o interesse nas Células Fotoeletroquímicas, dispositivos que possibilitam a conversão da energia da radiação solar em energia química na forma de hidrogênio molecular. Grande parte da pesquisa na área das células fotoeletroquímicas é voltada para a eficiência de conversão energética e barateamento de custos de produção. Com base nisso o presente trabalho tem foco no desenvolvimento de eletrodos usados nesse dispositivo, sintetizados usando hematita em condição hidrotermal, buscando a melhoria dos métodos de síntese para redução de custos, impacto ambiental e eficiência energética. A síntese utilizada teve o intuito de reduzir ao máximo a quantidade de reagentes à base de cloro, que podem interferir negativamente no crescimento das estruturas e analisar a influência de alguns parâmetros alterados durante o processo: tempo de síntese, atmosfera de tratamento térmico e concentração de reagentes. Foi concluído, com base nas caracterizações morfológicas e eletroquímicas aplicadas nas amostras, que a síntese hidrotermal utilizada gerou eletrodos fotossensíveis sendo mais efetiva nos tempos de 1 hora, com tratamento térmico em atmosfera de nitrogênio e com uso de 0,076 mol.L-1 de sulfato de sódio e 0,15 mol.L-1 de cloreto de ferro, contribuindo com a redução da quantidade de cloro utilizado. A melhor fotocorrente obtida para os eletrodos foi por meio da amostra F1Ny chegando a 0,936 mA.cm-2. / The increase of global energy demand and the need for renewable sources results on the interest in devices know as photoelectrochemical cells. This device enables the conversion of solar radiation energy into chemical energy in the form of molecular hydrogen. Most of the research in the area of the photoelectrochemical cells is focused on the energy conversion efficiency and reduction of production costs. This work aimed the development of electrodes used in photoelectrochemical cells, synthesized using hematite in hydrothermal condition, seeking the improvement of synthesis methods to reduce costs, environmental impact and energy efficiency. The synthesis used was intended to reduce the amount of chlorine based reagents that can negatively impact the growth of structures and analyze the influence of some parameters changes during the process: synthesis time, atmosphere used in the heat treatment and reagents concentration. It was concluded through morphological and electrochemical characterization that the hydrothermal synthesis has generated photosensitive electrodes. The most promising electrode produced was synthesized for 1 hour, them treated in nitrogen atmosphere and using 0.076 mol.L-1 of sulfate sodium and 0.15 mol.L-1 of iron chloride, contributing to reduce the amount of chlorine used in relation to other methods generally discussed in the literature. The best photocurrent obtained was 0.936 mA.cm-2.

Orientador: Prof. Dr. Fabio Leandro de Souza / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Esta tese de doutorado é divida em três partes, (i) definição dos parâmetros de síntese de fotoanodos de óxidos de ferro na fase hematita; modificação dos filmes de hematita com (ii) Sn e (iii) W. (i) Na primeira parte do trabalho foram sintetizados filmes de hematita de 2 a 24 horas, tendo sua fase confirmada por difração de raios x após o tratamento térmico a 750 ºC. Alem disso, os filmes após o tratamento térmico as 750 °C apresentaram a orientação preferencial no plano de maior condutividade da hematita, o plano (110). Todos os filmes exibiram uma boa estabilidade eletroquímica, sendo o filme de 2 horas o de maior fotocorrente. (ii) Na segunda os fotoanodos de hematita tiveram sua superfície modificada com solução contendo Sn4+. A modificação com Sn4+ aumentou a fotocorrente de todos os fotoanodos de hematitas quando comparados com os puros, mantendo a melhor fotocorrente nos filmes de 2 horas. A melhoria na fotocorrente pela adição de Sn4+ foi atribuída a maior área superficial decorrente da superfície mais hidrofílica, favorecendo a reação química na interface sólido/líquido e provavelmente reduzindo pontos de recombinação. No entanto, resultados ainda superiores poderiam ser alcançados se o Sn4+ atuasse como dopante, ao invés de ter formando uma fase adicional identificada pela análise MET/EDX. Esses resultados abrem caminho para novas perspectivas para explicar o efeito da adição de Sn4+ como uma sobre camada na superfície de eletrodos de hematita. (iii) Na terceira parte foi adicionado pela primeira vez W6+ diretamente na síntese dos filmes de hematita tratados a 550 ou 750 ºC. A modificação com W6+ aumentou a fotocorrente e mantendo-se a mesmas estáveis em ambas as temperaturas de tratamento térmico. Por outro lado, a adição de W6+ fez com que os nanobastões perdem-se o leu alinhamento perpendicular ao substrato e a orientação preferencial no plano (110). Os resultados de XPS mostraram a presença de W6+, possível somente na forma de óxido, sugerindo que o tungstênio tenha segregado de forma a estabilizar na superfície da hematita. A segregação na superfície também corrobora com as medidas eletroquímicas, a densidade de carga (ND) praticamente inalterada e a melhora no desempenho catalítico evidenciado pelas medidas fotoeletroquímica com H2O2. / This doctoral thesis is divided into three parts, (i) synthesis parameters definition of iron oxide photoanodes in hematite phase and modification of the hematite with (ii) Sn and (iii) W. (i) In the first part, hematite photoanodes were synthesized from 2 to 24 hours, this phase was confirmed by x-ray diffraction after annealing at 750 ° C. In addition, the photoanodes showed a preferred orientation in the hematite higher conductivity plane, (110), after annealing at 750 ° C. All photoanodes were electrochemical stable, with the 2 hour photoanode having the highest photocurrent. (ii) In the second part, the hematite photoanodes had their surface modified with Sn4+ containing the solution. The Sn modification increased the photocurrent of all hematite photoanodes when compared to the pure ones, maintaining the 2 hours photoanode as the best photocurrent. The Sn4+ photocurrent improvement was attributed to the larger surface area resulting from the more hydrophilic surface (high water affinity), favoring the chemical reaction at the solid/liquid interface and probably reducing recombination sites. However, even higher results could be achieved if the Sn4+ can act as a dopant, rather than forming an additional phase identified by the TEM / EDX analysis. These results pave the way for new perspectives to explain the effect of Sn4+ addiction as an overlayer on the hematite electrodes surface. (iii) In the third part, W6+ was first added directly during the hematite synthesis by the first time and annealed at 550 or 750 ºC. The W modification increased the photocurrent keeping it stable at both annealing temperatures. On the other hand, the W6+ addition made the nanorods lose their substrate perpendicular alignment and the (110) plane preferential orientation. The XPS results confirmed the W6+ presence, possible only in the oxide form, suggesting that the tungsten has segregated in order to stabilize on the hematite surface. Surface segregation also corroborates with electrochemical measurements, the almost unchanged charge density (ND) values and its catalytic performance improvement shown on the electrochemical measurements with H2O2.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:41:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221573.pdf: 5085354 bytes, checksum: 34ad003ce49f9c31c520732a4406ae7a (MD5) / Questões ligadas a sustentabilidade e preservação ambiental têm adquirido grande relevância nos trabalhos científicos dos últimos anos. Neste aspecto, um dos grandes desafios a serem alcançados é a reciclagem de materiais descartados pelos diferentes setores produtivos da sociedade. Considerando que o desenvolvimento tecnológico provoca agressões ao meio ambiente através do descarte de resíduos, buscou-se, neste estudo, investigar a possibilidade de aproveitamento de casca de arroz e carepa de aço como matérias-primas alternativas para a síntese de um pigmento encapsulado a base de óxido de ferro e sílica destinado à indústria cerâmica. Pigmentos heteromórficos, também conhecidos por encapsulados ou de oclusão, são aqueles em que o elemento cromóforo é protegido por uma matriz encapsuladora, a qual o torna estável química e termicamente a altas temperaturas. Para este objetivo, neste trabalho a casca de arroz foi tratada química (lixiviação ácida) e termicamente para obter-se sílica amorfa e, a carepa de aço foi tratada termicamente de forma a obter-se hematita. O processo de lixívia, que apresentou os melhores resultados, baseou-se no tratamento da casca de arroz com solução de ácido clorídrico a 10% com posterior calcinação a 600ºC durante 3 h de patamar. A amostra de carepa de aço tratada a 800ºC durante 2 h de patamar em atmosfera oxidante gerou hematita com tonalidada vermelha. A sílica obtida a partir da casca de arroz apresentou tamanho médio de partículas de 4,1 mm, aproximadamente 98% de sílica na forma amorfa e área de superfície específica de 406,3 m2/g. O óxido de ferro obtido a partir da carepa de aço apresentou cerca de 97% de hematita como única fase. Para síntese do pigmento foram definidas composições com 5, 10 e 15% de cromóforo (95, 90 e 85% de sílica amorfa) as quais foram homogeneizadas e calcinadas a 1050ºC e 1150ºC durante 2 h. Para sílica, hematita e pigmentos sintetizados foram determinadas as coordenadas colorimétricas, análise microestrutural e cristalográfica, distribuição de tamanho de partículas, percentual de encapsulamento e espectroscopia de UV-Visível, dentre outras análises. Finalmente, os pigmentos que apresentaram os melhores percentuais de encapsulamento foram incorporados em massa porcelânica em teores de 4 e 8% para análise de desenvolvimento de cor e estabilidade térmica e química. Estes mostraram estabilidade após queima, desenvolvendo tonalidade creme e rosa claro com diferença de saturação de acordo com o percentual adicionado e com o teor de cromóforo inerente a cada composição. Com este procedimento buscou-se dar um destino proveitoso para a casca de arroz e para a carepa de aço sob o ponto de vista ambiental e tecnológico, transformando-os em um novo produto de maior valor agregado.

[pt] O minério de ferro é um material policristalino oriundo de processos naturais complexos. Os minerais mais comuns que o compõem (hematita, magnetita, goethita, etc.) podem ser identificados no microscópio ótico de luz refletida, através de suas refletâncias distintas. A importância do estudo das hematitas, especificamente, surge porque os maiores depósitos de minério de ferro, no Brasil, são praticamente todos do tipo hematítico, com altos teores de ferro. A hematita é um mineral fortemente anisotrópico que apresenta pleocroísmo de reflexão. Isto faz com que o brilho na imagem mude com diferentes orientações dos cristais. Assim, quando se utiliza luz polarizada, o contraste entre os cristais aumenta o suficiente para diferenciá-los. Tradicionalmente, as hematitas são classificadas em tipos texturais identificados como hematita microcristalina (Mc), martita (Ma), e partículas policristalinas compactas (Co) formadas, por sua vez, de cristais dos tipos: granular (Gr), lamelar (La), lobular (Lo). Em trabalhos anteriores foi desenvolvida uma rotina de classificação automática para os diferentes tipos de hematitas. Esta rotina utiliza como entrada duas imagens de uma mesma região, a primeira em campo claro (CC) e a segunda polarizada circularmente (CPOL). Neste trabalho foram implementadas modificações nas etapas de aquisição das imagens CPOL e no processamento de ruído, visando melhorar as etapas de classificação. Assim, a imagem CPOL, que apresenta problemas característicos de iluminação, passou a ser capturada utilizando o recurso de sub-quadros (subframe), o que elimina a necessidade de correção de fundo, melhorando a qualidade dos mosaicos de imagens capturados. Em seguida, explorou-se recurso de saturação digital da câmera, de forma a melhorar, substancialmente, o contraste entre os cristais de hematita. Finalmente, testou-se o impacto do uso de um novo filtro de redução de ruído – Non-Local Means (MNL) – sobre a segmentação de cristais. Os resultados mostraram uma melhora substancial na identificação dos tipos texturais de hematita com relação aos métodos anteriores e também superiores à tradicional identificação visual por operador treinado. / [en] Iron ore is a polycrystalline material originated from complex natural processes. Its main composing minerals (hematite, magnetite, goethite, etc.) can be identified with the reflected light optical microscope through their distinctive reflectances. The relevance of studying hematite, specifically, originates from the fact that the largest Brazilian iron deposits are mostly of the hematitic type, with high iron content. Hematite is a strongly anisotropic mineral that presents reflectance pleocroism. Thus, different crystal orientations produce different brightness and, when using polarized light, the contrast between crystals is strong enough to allow their discrimination. Traditionally, hematites are classified in textural types identified as microcrystalline (Mc), martite (Ma) and compact polycristalline (Co), composed of granula (Gr), lamellar (La) and lobular (Lo) crystals. An automatic classification routine for hematite types was developed in previous works. This routine takes as input two images of the same region, one in Bright Field and the second in Circular Polarization (CPOL). In this work, modifications in the CPOL image acquisition and in noise filtering were implemented, in order to improve the classification step. Thus, the CPOL images, which present a characteristic background problem, were acquired employing the subframe method, what eliminates the need for background correction, improving the quality of image mosaics. Then, the digital saturation of the camera was optimized to improve substantially the contrast between hematite types. Finally, the impact of a new noise reduction filter – the Non-Local Means Filter – on crystal segmentation was evaluated. The results showed a substantial improvement in the identification of hematite textural types as compared to the previous method, and also superior to the traditional visual identification by an operator.

[pt] A crescente demanda mundial por matérias-primas minerais levou ao aumento da exploração mineral e paralelamente novas pesquisas estão sendo dirigidas para a produção de novos reagentes de flotação, a fim de que estes apresentem maior seletividade e não sejam agressivos ao meio ambiente. Nesta pesquisa teve-se como objetivo estudar os aspectos fundamentais da bioflotação da hematita, avaliando a cepa bacteriana Rhodococcus erythropolis como biocoletor. Entre os estudos efetuados estão análises química para determinar as proteínas e carboidratos presentes no concentrado bacteriano, estabelecendo-se que é constituída por macromoléculas com características anfipáticas. O balanço entre grupos catiônicos e aniônicos da bactéria atribui um ponto isoelétrico (PIE) equivalente de 2,2. O perfil de potencial zeta da amostra mineral de hematita após interação com a bactéria mostrou uma mudança, onde o PIE mudou de 5,3 para 2,1. Para o estudo dos ensaios de adesão e microflotação, a amostra foi condicionada com a biomassa por meio de agitação sob condições específicas, tais como os tamanho de partícula, a concentração de biomassa, o pH da solução e tempo de condicionamento. A adesão da biomassa na superfície do mineral foi maior em pH 2 e na concentração de 200 mg / L. Os testes de microflotação foram feitos num tubo de Hallimond e foi avaliado a formação de espuma para uma concentração bacteriana de 200 mg / L, onde foi observado que a tensão superficial da solução aumenta à medida que o pH se torna básico. Das três faixas granulométricas utilizadas, a maior flotabilidade (83.86 por cento) foi alcançada na fração granulométrica (53 - 38 um), num pH 6 e com um tempo de flotação de 10 min. A bioflotação do mineral hematita segue o modelo cinético de segunda ordem, observou-se que as constantes de taxa (K2) da flotação do mineral aumentam com reduções de tamanho de partícula, mudando de 0,16369 (g.min)(-1) para 0,51604 (g.min)(-1) quando o tamanho de particula passou de (150 - 106 um) para (53 - 38 um). Os resultados apresentados mostram que o estudo do comportamento da cepa bacteriana Rhodococcus erythropolis como bioreagente na flotação de hematita foi viável, demonstrando o seu potencial uso como bioreagente coletor de mineral hematita, e assim projetando-se para uma futura aplicação na indústria da flotação mineral. / [en] The growing world demand for raw minerals has led to the increased mineral exploration and at the same time new research is being directed toward the production of new flotation reagents, so that they present higher selectivity and they are environmentally friendly. This research aimed to study the fundamental aspects of bioflotation of hematite, evaluating the bacterial strain Rhodococcus erythropolis as biocollector. Among the studies are conducted chemical analyzes to determine the proteins and carbohydrates present in the bacterial concentrate, it was established that is composed of macromolecules with amphipathic characteristics. The balance between cationic and anionic groups of the bacteria assigns an equivalent isoelectric point (IEP) of 2.2. The profile of zeta potential of the sample of hematite mineral after interaction with the bacteria showed a change, where the IEP has changed from 5.3 to 2.1. To study the adhesion and microflotation assays, the mineral sample was conditioned with the biomass by stirring under specific conditions, such as the particle sizes, biomass concentration, the pH of the solution and conditioning time. The biomass adhesion on mineral surface was higher at pH 2 and at the concentration of 200 mg / L. The microflotation tests were carried out in Hallimond tube and was evaluated the foam formation to a bacterial concentration of 200 mg / L, which was observed that the surface tension of the solution increases as the pH becomes basic. Of the three granulometric fractions used, the greatest floatability (83.86 percent) was achieved in the granulometric fraction (53 - 38 um), at pH 6 and with a flotation time of 10 min. The hematite mineral bioflotation follows the second-order kinetic model, was observed rate constant (K2) of the mineral flotation increase with reductions of particle size, moving from 0,16369 (g.min)(-1) for 0,51604 (g.min)(-1) when the particle size changed from (150 - 106 um) to (53 - 38 um). The results presented show that the study of the behavior of the bacterial 10 strain Rhodococcus erythropolis as bioreagent in the flotation of hematite was feasible, demonstrating its potential use as collector bioreagent of mineral hematite, and so projecting into a future application in the mineral flotation industry.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3403.pdf: 7607513 bytes, checksum: e2b51a38285b4e741ca3303f5cddf999 (MD5) Previous issue date: 2010-08-06 / Universidade Federal de Minas Gerais / Water photolysis at semiconductors is a clean and renewable method for solar energy conversion into hydrogen fuel. Hematite (-Fe2O3) thin films have been presented as a promissory material for water photolysis due to it s abundance, chemical stability, environmental compatibility and appropriate band gap energy to absorb a large part of the solar spectrum and for the water photooxidation process. In this work the influence of synthesis and deposition parameters on the microstructure and photoelectrochemical properties were studied. The films were produced on FTO substrates by spin-coating deposition of Fe+3 polymeric resin prepared by complex polymerization method using ethanol as a solvent. Doped films were prepared by addition of tetraethylortosilicate (TEOS) in Fe+3 resin. Characterizations were made by xrays diffraction, UV-Visible spectroscopy and scanning electronic microscopy. Photoelectrochemical properties were measured in a three-electrode standard electrochemical cell, with the film as a work electrode, platinum as a counter electrode and Ag/AgCl in KCl satured solution as reference electrode. Results have shown that substrate-film interface is responsible for the formation of three regions with distinct morphologies and have shown that just a small percentage of the films are in direct contact with the substrate and contributes with photocurrent. The better silicon incorporation in hematite structure using ethanol as a solvent was also observed. The best photocurrent density were obtained by one layer silicon doped films, at 0,6 V in 1M NaOH electrolyte. / A fotólise da água em semicondutores é um método limpo e renovável para a conversão de energia solar em hidrogênio combustível. Filmes finos de hematita (-Fe2O3) têm sido apresentados como um material promissor para a fotólise de água devido sua abundância, estabilidade química, compatibilidade ambiental e banda proibida de energia adequada para absorção de grande parte do espectro solar e para o processo de fotooxidação da água. Nesse trabalho foi estudada influência dos parâmetros de síntese e deposição sobre a microestrutura e propriedades fotoeletroquímicas dos filmes. Os filmes foram produzidos por spin-coating através da deposição em substrato de óxido de estanho dopado com flúor (Fluorine Tin Oxide FTO) de resina polimérica contendo Fe+3 preparada pelo método de polimerização de complexos usando etanol como solvente. Os filmes dopados com silício foram preparados com a adição de tetraetilortosilicato (TEOS) na solução de Fe+3. A caracterização dos filmes foi feita através de difração de raios-x, espectroscopia UV-Visível e microscopia eletrônica de varredura. A propriedade fotoeletroquímica foi medida em uma célula eletroquímica padrão com três eletrodos, sendo o filme o eletrodo de trabalho, platina o contra-eletrodo e Ag/AgCl em KCl saturado o eletrodo de referência. Os resultados mostraram que a interface substrato-filme é responsável pela formação de três regiões com morfologias diferentes e que apenas uma pequena porcentagem do filme está de fato em contato direto com o substrato e contribui para a fotocorrente. Também se observou que o uso de etanol como solvente melhora a incorporação do silício pela rede da hematita. Os melhores resultados de densidade de fotocorrente foram obtidos pelos filmes de uma camada dopados com silício, medidos a 0.6 V e em eletrólito de1M NaOH.