Autores
Machado Fernandes, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; dos Santos, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Ortega, P. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Peixoto, B. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Romeiro, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Veloso, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; de Moraes, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE) ; Ponzio, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE)
Resumo
A fase aquosa obtida a partir da pirólise a 400°C do resíduo urbano do fruto de Terminalia catappa (abreviada como APAme) foi avaliada como um novo inibidor de corrosão ambientalmente amigável. O estudo de perda de massa mostrou que APAme atingiu mais de 91% de eficiência anticorrosiva a 0,3 g/L e aumentou sua eficiência em temperaturas elevadas (92, 94 e 96% a 318, 338 e 358K). A caracterização da superfície com Microscopia de Força Atômica e Microscopia Eletrônica de Varredura indicou a formação de uma película protetora na superfície do metal. Estudos eletroquímicos mostraram um aumento na resistência à transferência de carga com o aumento da concentração de APAme no meio corrosivo e as curvas de polarização demonstraram que este inibidor é do tipo misto (catódico e anódico)
Palavras chaves
biomassa; inibidor de corrosão; eletroquímica
Introdução
O aço carbono é uma liga formada majoritariamente por ferro e carbono e, apesar de ser bastante utilizada, é bastante propensa a processos corrosivos. A corrosão é um problema grave que afeta o setor industrial e custa até 4% do PIB para os países desenvolvidos. Uma das principais formas práticas de tentar diminuir tal processo e prolongar a vida útil do aço carbono é o uso de inibidores orgânicos de corrosão, substâncias que são aplicadas em baixas quantidades diretamente no meio agressivo e interagem com a superfície metálica, formando uma película protetora. O problema é que, geralmente, a via de síntese ou os reagentes utilizados são muito caros e perigosos para a saúde humana e/ou para o meio ambiente. Assim, há uma crescente tendência recentemente de grupos de pesquisa buscarem opções verdes e alternativas viáveis que mantenham uma grande eficiência contra a corrosão e ao mesmo tempo sejam seguras para o ecossistema.
Os processos de colheita geram grandes quantidades de resíduos. E o aumento da produção agrícola acarreta em um aumento da quantidade destes subprodutos. Considerando as diferentes formas de processamento da biomassa lignocelulósica, destaca-se a exploração do potencial desta fonte renovável por meio da pirólise. Nesse processo termoquímico, a matéria-prima é decomposta pela ação do calor sob atmosfera inerte, resultando em três produtos distintos, tornando-se uma forma atrativa de se obter a valorização dos resíduos sólidos. Explorando a ideia de propor valorização de resíduos, agregando valor econômico, atrelado à busca de inibidores ambientalmente amigáveis, este trabalho selecionou um resíduo urbano de biomassa (fruto da Terminalia catappa) e estudou a fase aquosa do processo de pirólise (APAme) como inibidor de corrosão em meio ácido.
Material e métodos
Para avaliar as propriedades anticorrosivas da APAme, foram realizados ensaios gravimétricos de acordo com a norma da American Society for Testing Material (ASTM G1-03). O aço carbono foi preparado com diferentes lixas (220,440 e 660) de SiC e a variação de massa (Δm) foi registrada antes e após cinco horas de exposição ao eletrólito com e sem diferentes concentrações do potencial inibidor de corrosão. A taxa de corrosão foi então calculada e a eficiência anticorrosiva determinada.
Os testes eletroquímicos foram realizados em um Potenciostato/Galvanostato Autolab 128N (Metrohm) usando uma célula de três eletrodos (aço carbono como eletrodo de trabalho, Ag|AgCl como referência e Pt como contra-eletrodo), após 3600 segundos medindo o Potencial de Circuito Aberto (OCP). Eles consistem em Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), Modulação de Frequência Eletroquímica (EFM), Resistência de Polarização Linear (RPL) e Polarização Potenciodinâmica (PP). O Software NOVA foi utilizado para avaliar os dados eletroquímicos. Os parâmetros foram:
EFM – frequência base de 0,1 Hz, com multiplicadores 2 e 5, e 10 mV de amplitude.
EIE – 10 mV de amplitude com uma faixa de frequência de 100000-0,1 Hz.
RPL - ±10 mV (vs OCP) com 0,08 mV/s velocidade de varredura.
PP - ±300 mV (vs OCP) com 1 mV/s velocidade de varredura.
Utilizando um espectrofotômetro (V-730 bio–JASCO, Japão), a solução contendo 0,3 g/L de APAme foi analisada antes e após o experimento gravimétrico.
A superfície de aço carbono foi analisada em diferentes cenários (lixado, corroído e inibido) usando Microscopia de Força Atômica (Nanosurf easy Scan 2) e Microscopia Eletrônica de Varredura, e a espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier foi realizada em um Cary 630 FTIR (Agilent Technologies).
Resultado e discussão
Ensaios gravimétricos mostraram que APAme atingiu mais de 91% de eficiência anticorrosiva a 0,3 g L-1, diminuindo a taxa de corrosão de 1.825 para 0.161 mm ano-1 a 298 K. O mesmo estudo de perda de massa mostrou que APAme é um excelente inibidor de corrosão a temperaturas elevadas, aumentando sua eficiência anticorrosiva para 92,4, 93,8 e 96,0% a 318, 338 e 358 K, respectivamente. A espectroscopia UV-Vis mostrou que a concentração de moléculas orgânicas na solução diminui após 5 horas de imersão e a espectroscopia no infravermelho mostrou a interação das moléculas orgânicas com a superfície do aço-carbono. A caracterização da superfície com Microscopia de Força Atômica e Microscopia Eletrônica de Varredura mostrou uma superfície metálica muito mais lisa e preservada na presença da máxima concentração de APAme quando comparado com o aço corroído pela solução branco, indicando a formação de uma película protetora na superfície do metal. Além disto, medidas de FTIR mostraram picos similares em toda a região do espectro para APAme pura e o filme formado na superfície do aço carbono. Para melhor compreender o fenômeno de adsorção, dez isotermas com diferentes teorias descritivas foram avaliadas por meio de suas equações matemáticas. Os resultados gravimétricos para APAme se ajustaram melhor à isoterma de Langmuir, conhecida por descrever uma adsorção em monocamada onde as moléculas do inibidor interagem com sítios específicos na superfície do metal. Finalizando, estudos eletroquímicos mostraram um aumento na resistência à transferência de carga com o aumento da concentração de APAme no meio corrosivo e as curvas de polarização demonstraram que este inibidor de corrosão afeta ambas correntes catódica e anódica e é caracterizado como um inibidor tipo misto.
Relação entre taxa de corrosão e eficiência anticorrosiva na ausência e presença de diferentes concentrações de APAme a 298 K.
Comparação entre os espectros de IV da substância APAme pura e da superfície do aço após o ensaio gravimétrico em solução contendo 0,3 g/L de APAme.
Conclusões
Tendo em vista os experimentos gravimétricos, eletroquímicos e de caracterização de superfície realizados e os resultados apresentados, este trabalho mostrou que é possível transformar um resíduo lignocelulósico em um excelente inibidor de corrosão sustentável para aço carbono em meio de ácido clorídrico, diminuindo em mais de 90% a taxa de corrosão em variadas temperaturas (298, 318, 338 e 358 K).
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro.
Referências
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