Emprego da dissolução eletrolítica no monitoramento eletroquímico imediato de cromo, níquel e manganês em aços inoxidáveis

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Fernandes, Bruno Luiz Mendes
• Orientador(a): Lowinsohn, Denise
• Banca de defesa: Silva, Tiago Almeida , Araujo, William Reis de , Garcia, Eric Marsalha , Felix, Fabiana da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Dissolução eletrolítica; Aços inoxidáveis; Voltametria; Eletrodo de ouro; Eletrodos impressos em 3D; Electrolytic dissolution; Stainless steels; Voltammetry; Gold electrode; 3D printed electrodes
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/16310

As análises químicas dos aços inoxidáveis são normalmente executadas por técnicas espectrométricas após preparo de amostras usando a digestão ácida. Essa abordagem além de possuir elevado custo operacional, não é considerada ambientalmente amigável, haja vista o excessivo uso de reagentes. Neste contexto, novas abordagens analíticas usando a dissolução eletrolítica com monitoramento eletroquímico imediato de cromo, níquel e manganês em amostras de aços inoxidáveis foram desenvolvidas e aplicadas com sucesso em sete amostras distintas fornecidas pela empresa Aperam. Primeiramente, um eletrodo de ouro não modificado e uma solução composta por HNO3 0,6 mol L-1 e H2O2 180,0 mmol L-1 foram usados na dissolução eletrolítica dos aços inoxidáveis e na quantificação de cromo por meio da Voltametria de Varredura Linear (VVL). As otimizações das condições experimentais retornaram um método sensível, com limites de detecção e quantificação (LD e LQ) iguais a 0,08 e 0,25 µmol L-1 respectivamente. Além disso, a aplicação de uma carga elétrica igual a 30 mC e densidade de corrente anódica igual a 0,8 mA cm-2 foram as que forneceram maior eficiência de dissolução para as amostras de aço, resultando em um processo repetível, com desvio padrão relativo (DPR) igual a 3% executado em apenas 75 s. De modo análogo, a quantificação dos teores de níquel nos aços inoxidáveis usando a dissolução eletrolítica e a Voltametria de Onda Quadrada com Redissolução Adsortiva (VOQRA) foi realizada empregando um novo sensor baseado em um material compósito composto por grafite e dimetilglioxima (80:20% m/m) imobilizado em suportes impressos em 3D (3Ds-MC/DMG). O eletrodo foi devidamente caracterizado e todas as condições voltamétricas foram avaliadas, obtendo-se LD igual a 0,03 e LQ igual a 0,09 µmol L-1 em solução de tampão amônio 0,1 mol L -1 , pH = 9. Devido o caráter alcalino do eletrólito suporte, as dissoluções eletrolíticas dos aços inoxidáveis foram executadas em pequenos reatores descartáveis, onde uma solução de HCl 0,2 mol L-1 , uma carga elétrica igual a 2,0 C e densidade de corrente anódica 15,4 mA cm-2 forneceram maiores eficiências e maior repetibilidade (DPR = 3,3%). Por fim, um sensor totalmente impresso em 3D usando o termoplástico acrilonitrila butadieno estireno (ABS) como suporte e um filamento condutivo à base de Ácido Polilático (PLA) e grafite (3Ds-PLA/GRA) foi usado na determinação dos teores de manganês nas amostras de aços inoxidáveis por meio da Voltametria de Pulso Diferencial com Redissolução catódica (VPDRC) em solução tampão Britton–Robinson (tampão BR) 0,1 mol L-1 , pH = 4. O sensor foi devidamente caracterizado e as condições voltamétricas otimizadas, conferindo ao método LD e LQ iguais a 0,028 e 0,084 µmol L-1 respectivamente. A dissolução eletrolítica foi realizada diretamente na célula . voltamétrica, sendo as condições de maior eficiência iguais a 1,1 C de carga elétrica e 15,4 mA cm-2 de densidade de corrente anódica, conferindo repetibilidade com DPR de apenas 3,3%. De modo geral, os teores de cromo, níquel e manganês obtidos para as sete amostras de aços inoxidáveis analisadas são estatisticamente iguais aos valores de referência (95% de confiabilidade), sendo um indicativo da adequada exatidão dos métodos desenvolvidos. Ademais, esses métodos apresentaram-se sustentáveis, podendo ser facilmente implementados nos laboratórios siderúrgicos.