Em comparação com o gás de hidrogênio, o plasma frio de hidrogênio como agente redutor propicia um aumento considerável na cinética de redução de pós de óxido de cobalto (Co3O4), para temperaturas de redução entre 250 e 300ºC.
Em temperaturas de 350 e 380ºC, praticamente são iguais as cinéticas de redução a plasma e a gás.
O tempo e a temperatura são fatores determinantes, seja na redução a plasma ou a gás.
Na temperatura de 250ºC, frações de redução em torno de 0,90 podem ser atingidas após 50 min de redução, com o plasma de hidrogênio como agente redutor. Já com o uso do gás, frações de redução máximas de apenas 0,30 podem ser obtidas nesta mesma temperatura.
Tanto na redução a plasma quanto na redução a gás, as partículas de pó de óxido de cobalto numa primeira etapa se transformam em monóxido de cobalto e numa segunda etapa no metal: Co3O4→CoO→Co
Na microanálise química de partículas aglomeradas parcialmente reduzidas sob plasma ou a gás, observou-se em regiões periféricas das partículas a existência de altas concentrações de cobalto enquanto em regiões do núcleo altas concentrações de oxigênio, o que denota que o processo de redução se dá da superfície para o núcleo.
Em temperaturas entre 300 e 380 ºC, o mecanismo de redução das partículas de óxido de cobalto é controlado predominantemente por difusão. Já em temperaturas mais baixas, como a de 250ºC, as reações topoquímicas tendem a controlar a redução das partículas de óxido de cobalto.
Provavelmente, a mudança de mecanismo de redução e a alta cinética de redução do óxido em baixa temperatura estão associadas à atuação das espécies redutoras derivadas do hidrogênio molecular presentes no plasma.
A energia de ativação para a redução do óxido de cobalto sob plasma de hidrogênio é de 35,38 kJ/mol, valor aproximadamente 2,5 vezes menor que aquele encontrado para a redução por gás hidrogênio (90,79 kJ/mol).
SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
Realização de experimentos de redução, seja a gás ou a plasma, em tempos mais curtos, menores que 10 min, para verificar se existem outros mecanismos de reação atuando na redução do óxido de cobalto.
Caracterização morfológica pormenorizada dos produtos de redução do óxido de cobalto por microscopia eletrônica de varredura
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ANEXO A
A.1 Produção do Gás de Hidrogênio
O elemento químico hidrogênio (H) é o mais leve e o mais abundante no universo. Pertencente ao grupo 1A da tabela periódica, o seu peso atômico é de 1g/mol. Estima-se que a sua concentração na crosta terrestre é de aproximadamente 1,400 mg / kg (PATNAIK, 2002).
Apesar da sua grande abundância, na Terra ele não existe na forma livre, sendo encontrado em compostos de hidrogênio. Ele pode ser produzido industrialmente a partir de hidrocarbonetos presentes no gás natural. Em condições normais de pressão e temperatura, o hidrogênio encontra-se no estado gasoso, sob a forma da molécula diatômica H2 (DRESSELHAUS, 2003).
Atualmente, o processo de reforma de hidrocarbonetos e o processo de eletrólise da água (H2O) são os métodos mais econômicos de produção de hidrogênio.
Nos Estados Unidos da América, o gás hidrogênio é produzido quase exclusivamente pelo processo de reforma a vapor no qual se utiliza energia térmica para separar o hidrogênio (H2) do carbono (C) que pode estar presente tanto em
moléculas de metano (CH4) quanto em subprodutos do refino de petróleo e
compostos químicos derivados do petróleo.
A obtenção do hidrogênio pelo processo de eletrólise consiste na separação do H2
presente na água pela passagem de corrente elétrica. De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, em 1995 o custo de produção por esse método estava em US$7,39 por milhão de BTU (US$7,00 por GJ). Já a produção de hidrogênio por eletrólise utilizando hidroeletricidade, considerando taxas de horários de baixo consumo, custa entre US$10,55 e US$21,10 por milhão de BTU (US$10,00 a US$20,00 por GJ).