Detecção SERS de inibidores de corrosão utilizando nanopartículas de Au e Ag imobilizadas sobre substratos de celulose
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFJF |
Texto Completo: | https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00024 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14061 |
Resumo: | A corrosão, especialmente a que ocorre em aço, pode causar múltiplos transtornos, danos e prejuízos econômicos nas mais diferentes atividades, devido à deterioração causada em diferentes materiais. Processos relacionados à corrosão nas indústrias de petróleo e petroquímica acarretam enormes prejuízos na cadeia produtiva como um todo. A utilização de inibidores de corrosão é um dos métodos mais utilizados para o controle e diminuição de processos corrosivos nessas indústrias. Tanto inibidores de corrosão quanto inibidores de incrustação podem estar presentes na água produzida durante a extração de óleo, que é um subproduto na exploração de petróleo, possuindo então uma matriz bastante complexa, com diversas substâncias orgânicas e inorgânicas, sendo potencialmente danosa para o meio ambiente caso o descarte não aconteça de maneira correta. No Brasil, o descarte da água produzida é regulamentado pela norma 393/2007 do CONAMA, que limita o teor de óleos e graxas (TOG) a uma concentração média mensal máxima de 29 mg L-1 , com um valor diário máximo de 42 mg L-1 . Nesse cenário, a espectroscopia SERS surge com um grande potencial para análise de inibidores de corrosão, especialmente os presentes na água de produção, devido ao fato da técnica possuir elevada sensibilidade a analitos orgânicos, além de fornecer importantes informações vibracionais das moléculas estudadas. O presente trabalho utilizou suporte de papel (celulose) para AuNP e AgNP imobilizadas em diferentes concentrações para a construção de substratos SERS de alto desempenho, que foram estudados para a detecção dos inibidores de corrosão comerciais benzotriazol, benzimidazol e L-metionina. Entre os substratos construídos, a imobilização de AgNP sobre celulose mostrou a melhor resposta para aplicação da técnica SERS aos inibidores de corrosão a baixas concentrações. Experimentalmente, foi verificado que a densidade de potência do laser utilizado (λ0= 632,8 nm) deve ser baixa, para evitar possível a degradação dos analitos. Utilizando uma potência nominal de 5 mW da linha de um laser de He-Ne em 632,8 nm, obtiveram-se espectros do inibidor de corrosão com alta relação sinal/ruído (S/R) em concentrações baixíssimas como 1,0×10-7 mol L-1 para o benzotriazol. Esses resultados indicam que é possível obter espectros SERS em concentrações baixíssimas de inibidores nos substratos de AgNP/papel. Para os inibidores de corrosão benzimidazol e L-metionina os espectros obtidos tiveram intensificação do sinal Raman utilizando AgNP, no entanto o processo de fotodegradação e formação de carbono amorfo não permitiu a obtenção de espectros com alta relação sinal/ruído. |
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Tanto inibidores de corrosão quanto inibidores de incrustação podem estar presentes na água produzida durante a extração de óleo, que é um subproduto na exploração de petróleo, possuindo então uma matriz bastante complexa, com diversas substâncias orgânicas e inorgânicas, sendo potencialmente danosa para o meio ambiente caso o descarte não aconteça de maneira correta. No Brasil, o descarte da água produzida é regulamentado pela norma 393/2007 do CONAMA, que limita o teor de óleos e graxas (TOG) a uma concentração média mensal máxima de 29 mg L-1 , com um valor diário máximo de 42 mg L-1 . Nesse cenário, a espectroscopia SERS surge com um grande potencial para análise de inibidores de corrosão, especialmente os presentes na água de produção, devido ao fato da técnica possuir elevada sensibilidade a analitos orgânicos, além de fornecer importantes informações vibracionais das moléculas estudadas. O presente trabalho utilizou suporte de papel (celulose) para AuNP e AgNP imobilizadas em diferentes concentrações para a construção de substratos SERS de alto desempenho, que foram estudados para a detecção dos inibidores de corrosão comerciais benzotriazol, benzimidazol e L-metionina. Entre os substratos construídos, a imobilização de AgNP sobre celulose mostrou a melhor resposta para aplicação da técnica SERS aos inibidores de corrosão a baixas concentrações. Experimentalmente, foi verificado que a densidade de potência do laser utilizado (λ0= 632,8 nm) deve ser baixa, para evitar possível a degradação dos analitos. Utilizando uma potência nominal de 5 mW da linha de um laser de He-Ne em 632,8 nm, obtiveram-se espectros do inibidor de corrosão com alta relação sinal/ruído (S/R) em concentrações baixíssimas como 1,0×10-7 mol L-1 para o benzotriazol. Esses resultados indicam que é possível obter espectros SERS em concentrações baixíssimas de inibidores nos substratos de AgNP/papel. Para os inibidores de corrosão benzimidazol e L-metionina os espectros obtidos tiveram intensificação do sinal Raman utilizando AgNP, no entanto o processo de fotodegradação e formação de carbono amorfo não permitiu a obtenção de espectros com alta relação sinal/ruído.Corrosion, especially the one that occurs in steel, can cause numerous inconveniences, damages, and economic losses in a wide variety of activities, due to the deterioration caused by different materials. Corrosion-related processes in the oil and petrochemical industries cause major losses throughout the production chain. The use of corrosion inhibitors is one of the most commonly used methods to control and reduce corrosive processes in these industries. Both corrosion inhibitors and scale inhibitors may be present in the water produced during oil extraction, which is a by-product in oil exploration, having a very complex matrix, containing various organic and inorganic substances, being potentially harmful to the environment, if the disposed properly. In Brazil, the disposal of produced water is regulated by CONAMA norm 393/2007, which limits the content of oils and greases (TOG) to a maximum monthly average concentration of 29 mg L-1 , with a daily maximum value of 42 mg L-1 . In this scenario, SERS spectroscopy has great potential for the analysis of corrosion inhibitors, especially those present in the production water, since this technique has a high sensitivity to organic analytes, in addition to providing important vibrational information of the molecules studied. In the present work, paper (cellulose) was used as a support for AuNP and AgNP immobilized at different concentrations for the construction of high-performance SERS substrates, which were investigated for the detection of the commercial corrosion inhibitors benzotriazole, benzimidazole, and L-methionine. Among the constructed substrates, the immobilization of AgNP on cellulose showed the best response for the application of the SERS technique to corrosion inhibitors at low concentrations. Experimentally, it was verified that the power density of the laser used (λ0= 632.8 nm) must be low, to avoid the degradation of the analytes. Using a nominal power of 5 mW from a He-Ne laser line at 632.8 nm, spectra of the corrosion inhibitor with a high S/N ratio were obtained at very low concentrations such as 1.0×10-7 mol L - 1 for benzotriazole. These results indicate that it is possible to obtain SERS spectra at very low concentrations of inhibitors on AgNP/paper substrates. For the corrosion inhibitors benzimidazole and L-methionine, the obtained spectra had Raman signal enhancement using AgNP; however, the process of photodegradation and formation of amorphous carbon did not allow obtaining high signal-to-noise ratio spectra.porUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em QuímicaUFJFBrasilICE – Instituto de Ciências ExatasAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAEspectroscopia vibracionalMateriais plasmônicosInibição a corrosãoVibrational spectroscopyPlasmonic materialsCorrosion inhibitionDetecção SERS de inibidores de corrosão utilizando nanopartículas de Au e Ag imobilizadas sobre substratos de celuloseinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14061/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53ORIGINALpaulohenriquedemelotoledo.pdfpaulohenriquedemelotoledo.pdfPDF/Aapplication/pdf2598197https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14061/1/paulohenriquedemelotoledo.pdf98a35242a6931b39354ccc79fcdb04cbMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14061/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTpaulohenriquedemelotoledo.pdf.txtpaulohenriquedemelotoledo.pdf.txtExtracted texttext/plain189201https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14061/4/paulohenriquedemelotoledo.pdf.txt63877c0645b438742b8a81941da4e94cMD54THUMBNAILpaulohenriquedemelotoledo.pdf.jpgpaulohenriquedemelotoledo.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1164https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/14061/5/paulohenriquedemelotoledo.pdf.jpg2ef42cbe60211a72a62550e9783b2876MD55ufjf/140612022-11-18 11:15:48.866oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2022-11-18T13:15:48Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false |
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