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http://hdl.handle.net/11422/28984
| Type: | Dissertação |
| Title: | Estudo de novos inibidores de corrosão com base em pontos quânticos de carbono co-dopados com N e Nb |
| Author(s)/Inventor(s): | Vita, Filipe dos Santos |
| Advisor: | D’Elia, Eliane |
| Abstract: | A corrosão é um problema recorrente em materiais metálicos de diversos setores de um país como indústrias, construção civil, saúde, transportes e afins, gerando custos anuais que podem chegar de a 1 a 5% do PIB. Além disso, esse processo tende a se tornar ainda mais agressivo com a acidez e o aumento da temperatura do meio em que o material está inserido. Nesse contexto, a indústria vem buscando alternativas para evitar a degradação e inutilização do aço carbono, uma liga acessível, versátil e com excelentes propriedades, o que a torna a principal alternativa no setor industrial. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi sintetizar e desenvolver pontos quânticos de carbono (CD) co-dopados com nitrogênio (N) e nióbio (Nb) como novos inibidores de corrosão para peças de aço carbono em um meio ácido. Os pontos quânticos de carbono dopados foram obtidos pela rota bottom-up via decomposição térmica a 200 C variando as quantidades dos precursores ácido cítrico, ureia e oxalato amoniacal de nióbio. A partir disso, foi comparado o efeito inibitório sobre a corrosão do aço carbono em uma solução contendo HCl 1 mol L−1. Os ensaios gravimétricos revelaram que a eficiência de inibição na presença de 100 mg L −1 de N-CD obtido com 1 g de ureia e 5 g de ácido cítrico e de 100 mg L −1 de Nb,N-CD obtido com a mesma proporção de ácido cítrico e ureia com adição de 2 g de oxalato amoniacal de nióbio, para 6 horas de imersão a 25 oC, alcançou mais de 80% com o Nb,N-CD mantendo aproximadamente esse valor em temperaturas maiores, enquanto o N-CD teve a eficiência de inibição diminuída abruptamente com a temperatura. TGA (Análise Termogravimétrica) e DTA (Análise Térmica Diferencial) foram utilizadas para descrever a estabilidade térmica dos CDs e mostraram que a adição de Nb tornou o CD termicamente mais estável. Os grupos funcionais e a composição sugerida foram verificados por FTIR (Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier), XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X) e FRX (Fluorescência de Raios X) que comprovaram a presença de N e Nb nos CDs. Estudos de isoterma demonstraram que ambos N-CD e Nb,N-CD obedeceram à isoterma de adsorção de de Langmuir e as medidas eletroquímicas de impedância e polarização potenciodinâmica mostraram que os dois CDs inibem ambas as reações anódicas e catódicas com EI de 84-85% para 200 ppm de inibidor. Uma série de resultados experimentais demonstrou que a dopagem com nióbio influenciou no tamanho de partícula, estabilidade térmica, fluorescência, dentre outras propriedades dos pontos quânticos sintetizados, mantendo uma alta eficiência de inibição em temperaturas elevadas. Esses resultados revelam que utilizar CDs dopados com nitrogênio e nióbio é uma alternativa nova e eficaz para combater a corrosão em aço carbono exposto a HCl 1 mol L−1 especialmente em temperaturas superiores à ambiente. |
| Abstract: | Corrosion is a recurring problem in metallic materials in various sectors of a country, such as industry, construction, health, transportation, and the like, generating annual costs that can reach 1 to 5% of GDP. In addition, this process tends to become even more aggressive with acidity and increased temperature of the environment where the material is inserted. In this context, the industry has been seeking alternatives to avoid the degradation and uselessness of carbon steel, an affordable, versatile alloy with excellent properties, which makes it the main alternative in the industrial sector. Therefore, this work aimed to synthesize and develop carbon quantum dots co-doped with nitrogen (N) and niobium (Nb) as new corrosion inhibitors for carbon steel parts in an acidic environment. The doped carbon quantum dots were obtained by the bottom- up route via thermal decomposition at 200 C, varying the amounts of the precursors citric acid, urea, and niobium ammonium oxalate. The inhibitory effect on the corrosion of carbon steel in a solution containing HCl 1 mol L -1 was compared. The gravimetric tests revealed that the inhibition efficiency of 100 mg L -1 of N-CD obtained with 1 g of urea and 5 g of citric acid and 100 mg L-1 Nb,N-CD obtained with the same citric acid and urea proportion with the addition of 2 g of niobium ammoniacal oxalate, for 6 hours of immersion at 25 oC, reached more than 80% with Nb,N-CD maintaining approximately this value at higher temperatures, while the N-CD had the inhibition efficiency decreased abruptly with temperature. TGA (Thermogravimetric Analysis) and DTA (Differential Thermal Analysis) were used to describe the thermal stability of the CDs and showed that the Nb addition to CDs improves their termal stability. The functional groups and suggested composition were verified using FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), and XRF (X-ray Fluorescence) proving the presence of N and Nb in the CDs. Isotherm studies demonstrated that N-CD and Nb,N-CD obeyed the Langmuir adsorption isotherm and the eletrochemical measurements of impedance and potentiodynamic polarization showed that the CDs inbihited both anodic and cathodic reactions with IE of 84-85% for 200 ppm inhibitor. A series of experimental results demonstrated that niobium doping influenced the particle size, termal stability, and fluorescence, among other properties of the synthesized quantum dots, maintaining a high inhibition efficiency at high temperatures. These results reveal that using nitrogen and niobium doped CDs is a new and effective alternative to mitigate corrosion in carbon steel exposed to 1 mol L-1 HCl, especially at temperatures above room temperature. |
| Keywords: | Pontos quânticos de carbono dopados Nitrogênio Nióbio Inibidores de corrosão |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 2-Apr-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | VITA, Filipe dos Santos. Estudo de novos inibidores de corrosão com base em pontos quânticos de carbono co-dopados com N e Nb. 2025. 144 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Appears in Collections: | Química |
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