ANÁLISE DO EXTRATO AQUO-SOLÚVEIS DE FILTRO DE CIGARRO COMO INIBIDORES DE CORROSÃO L. M. M MACHADO 1 e L. M. RODRIGUES 2 1 Universidade Federal do Pampa - Campus Bagé, RS - Curso de Engenharia Química 2 Universidade Federal do Pampa, Campus Bagé, RS - Curso de Engenharia Química E-mail para contato: lauren_machado@hotmail.com RESUMO A corrosão é um processo natural de degradação e desgaste, que pode ser facilmente detectado em diferentes tipos de materiais metálicos. Os inibidores naturais são alternativas viáveis para o combate à corrosão, em função da sua ação de inibição às reações eletroquímicas, impermeabilização de superfícies, baixo custo, e por preservarem o meio ambiente. O objetivo desde trabalho é o estudo morfológico e eletroquímico, sobre a ação de inibidores de corrosão alternativos, à base de compostos aquo-solúveis de filtros de cigarros, após seu consumo. Os resultados obtidos apresentam o potencial caráter inibidor dos extratos investigados, sobre o aço carbono, material metálico amplamente utilizado na indústria. Os componentes extraídos a partir de lixívia em água de filtros amarelos, os quais ocorrem em cigarros com maiores teores de nicotina, foram os de maior proteção ao aço estudado, comparando-se com a lixívia de filtros brancos. Destaca-se o promissor emprego dos resíduos sólidos de cigarros como possível inibidor de corrosão ao aço carbono. 1. INTRODUÇÃO Os cigarros contêm além da nicotina, mais de 4.700 substâncias, em sua composição, podendo seu resíduo levar até quatro anos para se decompor, tempo em que as bactérias e fungos digerem o acetato de celulose existente no filtro, Eco Unifesp (2014). O descarte inadequado dos resíduos gerados pelo uso de cigarros compõe uma parcela significativa de poluentes tóxicos. Aliado a isto, provém à preocupação com a manutenção do meio ambiente para o reaproveitamento destes resíduos. O serviço de coleta regular e a reciclagem de resíduos de cigarros já existem nos países desenvolvidos, ainda não difundido no Brasil (Lamas, 2015). Há várias maneiras de reaproveitamento do resíduo de cigarro. A empresa pioneira neste sentido foi a norte-americana TerraCycle, que coleta e transforma o resíduo do cigarro em plástico. O
processo de reciclagem consiste em extrair do filtro de cigarros o acetato de celulose, e submetê-lo a reações químicas (Universo Jatoba, 2014). Outro trabalho utiliza o carvão extraído dos resíduos de cigarros, resultado da combustão incompleta do tabaco, combinado à alumina para a preparação do compósito Al 2 O 3 /CSC (cigarrete carbon soot), capaz de remover, via adsorção, sais de arsênio de águas contaminadas (Chen et al., 2014). Pesquisas apontam a obtenção de elevadas eficiências de inibição da corrosão, através do mecanismo de inibição por adsorção de substâncias químicas na superfície de metais, bloqueando possíveis reações químicas e eletroquímicas, com o uso de soluções obtidas a partir do resíduo do cigarro (Zhao et al., 2010b). Gentil (2011) descreve que a corrosão é a deterioração de um material devido à reação química ou eletroquímica com o meio, associada ou não a esforços mecânico. A corrosão pode acarretar modificações nas características dos materiais quanto à resistência mecânica, ductilidade, morfologia, etc. Portanto, é um processo que ocasiona perdas de materiais, envolvendo recursos para a sua recuperação ou substituição, reportando também os perigos de explosões, rupturas, derramamentos, sendo uma ameaça à saúde e ao meio ambiente (Ramanathan, 2010). De acordo com Schultz (2004) os inibidores de corrosão são substâncias que adicionadas ao meio corrosivo evitam, ou minimizam o desenvolvimento de reações químicas ou eletroquímicas na superfície metálica, seja em fase gasosa, aquosa ou oleosa. O objetivo do presente trabalho é investigar uma fonte alternativa de inibidor de corrosão metálica, a partir dos resíduos do cigarro, sendo este resíduo tóxico, normalmente descartado no meio ambiente. Foram testados os componentes aquo-solúveis dos filtros, branco e amarelo de cigarros, como anti-corrosivos, em aço carbono API 5L Grau B. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Materiais As amostras metálicas utilizadas foram de aço carbono tipo API 5L Grau B. E os resíduos sólidos de cigarro, de filtro branco e amarelo, empregados são apresentados na Figura 1. a) b) Figura 1 - Resíduos de cigarros com a) filtros brancos e b) filtros amarelos. Os equipamentos utilizados foram balança analítica, medidor digital de ph de bancada, microscópio estereoscópico, multímetro, e potenciostato Autolab. Para a realização dos testes
eletroquímicos empregou-se célula eletroquímica a três eletrodos, com eletrodo de referência saturado de calomelano (Hg/Hg 2 Cl 2 ), como contra eletrodo um fio de platina, e os metais estudados como eletrodo de trabalho. 2.2 Procedimento experimental A metodologia desenvolvida associa a coleta e preparo de amostras de resíduos de cigarros, sendo o papel de rolamento dos filtros removidos manualmente. A relação quantidade de filtros/volume de água destilada, para a realização da lixívia dos componentes do resíduo foi definida seguindo indicação da literatura (Picolli, 2010). As Figuras 2 e 3 apresentam os procedimentos de lixiviação dos compostos aquo-solúveis e o preparo das amostras metálicas. Água destilada em contato com os filtros, mantidos no escuro Agitação diária, 7 dias Soluções lixiviadas Figura 2 - Processo de lixiviação dos compostos aquo-solúveis dos filtros de cigarros. Amostras metálicas Lixamento em lixas d água (#180 a 2000) Análise morfológica Exposição dos metais em lixívias/água pura, 30 dias. Figura 3 - Preparo das amostras metálicas. A exposição das amostras metálicas foi também realizada em água destilada pura, para comparação dos resultados obtidos. Foram monitorados os parâmetros de ph das soluções, massa das amostras metálicas e morfologia da superfície do metal em microscópio, sendo avaliado o tipo de processo corrosivo existente e de inibição deste processo. Os testes eletroquímicos, para a determinação do potencial de corrosão e para o conhecimento do comportamento dos metais investigados, nos respectivos meios de exposição, foram realizados por potenciometria. Aplicou-se a técnica de voltametria cíclica, a velocidade de varredura de 10 mv.s -1, no intervalo de varredura de potenciais de +172 a +342 mv. Os resultados foram expressos em relação ao eletrodo normal de hidrogênio (ENH) e obtidos na presença de oxigênio. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A morfologia das amostras metálicas preparadas, antes da exposição, é apresentada na Figura 4.
Aço API 5L g. B 160x 160x Figura 4 - Morfologia do aço anterior à exposição. Os valores de ph monitorados durante a exposição de 30 dias do aço são apresentados na Tabela 1, observando-se uma acidificação do valor de ph da água destilada, praticamente a manutenção dos valores de ph na lixívia do filtro amarelo, e o aumento de ph na solução extraída do filtro branco. A diminuição do valor de ph provavelmente tenha ocorrido pela grande quantidade de produtos de corrosão liberados na amostra de água, possivelmente óxidos de ferro, provenientes do ataque ao metal. A pequena variação do ph da lixívia do filtro amarelo, pode indicar o caráter inibidor desta solução. A variação de massa das amostras metálicas, durante o tempo de exposição, nos respectivos meios, é apresentada na Tabela 2. Tabela 1 - Monitoramento do ph das soluções durante exposição metálica. Solução ph inicial ph 30dias Lixívia do filtro branco 5,0 8,5 Lixívia do filtro amarelo 5,2 4,8 Água destilada 7,2 5,0 Tabela 2 - Variação de massa das amostras metálicas com o tempo de exposição. Solução Δmassa da amostra metálica (g) 7 dias 14 dias 21 dias 30 dias Lixívia do filtro branco 2x10-3 (perda) 4,6x10-3 (perda) 4,8x10-3 (perda) 5,2x10-3 (perda) Lixívia do filtro amarelo 2x10-3 (perda) 4,3x10-3 (perda) 4,5x10-3 (perda) 4,6x10-3 (perda) Água destilada 2x10-4 (ganho) 5,2x10-3 (perda) 8,5x10-3 (perda) 1,5x10-2 (perda)
A maior perda de massa metálica foi em água destilada, de 1,5x10-2 g, devido à intensa e rápida formação de produtos de oxidação e seu desprendimento da superfície do metal. Este produto de coloração alaranjada foi visualizado na forma de precipitado no frasco. As amostras metálicas em contato com as lixívias provenientes dos filtros perderam cerca de 5,0x10-3 g, durante a exposição. Com o auxilio da Figura 5 é possível analisar a morfologia das amostras de aço, após 30 dias de exposição nas soluções lixiviadas e em água destilada. O ataque localizado ao aço em água progrediu e destacou a formação de depósitos alaranjados de produto de corrosão sobre o metal, enquanto as amostras expostas nas lixívias mantiveram-se com fina camada de produtos de corrosão. Água pura Lixívia filtro branco Lixívia filtro amarelo 400x 400x 400x Figura 5 - Morfologia das amostras de aço após 30 dias de exposição. Os testes eletroquímicos resultaram em potenciais 400x de corrosão medidos na interface metal-meio, para o aço nos respectivos meios de exposição (Tabela 3). O potencial de corrosão do aço em lixívia do filtro amarelo foi o de menor valor, em relação aos demais meios, indicando seu caráter inibidor. Tabela 3 - Potenciais de corrosão (Ec) em relação ao eletrodo normal de hidrogênio. Solução Ec aço (mv) Lixívia do filtro branco 200 Lixívia do filtro amarelo 155 Água destilada 220 As voltametrias cíclicas medidas são apresentadas na Figura 6. Obteve-se que a água pura foi o meio mais agressivo, enquanto os extratos dos filtros foram mais protetores, em comparação à água, sendo o filtro amarelo o que representou o maior nível de inibição, com as menores densidades de correntes (j) medidas para o mesmo intervalo de varredura de potencial.
j / A.cm -2 300 200 100 Água pura Lixívia do filtro branco Lixívia do filtro amarelo 0 200 250 300 350 E / mv (ENH) Figura 6 - Voltametrias do aço API 5L Grau B nos meios estudados, a 10 mv.s -1. Os valores de taxa de corrosão obtidos para o aço estão relacionados na Tabela 4. Os resultados apontam que o extrato de filtro amarelo foi o de maior caráter inibidor da corrosão, comparativamente. Tabela 1 - Taxas de corrosão (mm/ano). Solução Aço Lixívia do filtro branco 1,17x10-4 Lixívia do filtro amarelo 2,16x10-5 Água destilada 1,42x10-3 4. CONCLUSÃO Verificou-se a capacidade de inibição da corrosão em aço pelos compostos aquo-solúveis dos filtros de cigarro após consumo. A lixívia de filtro amarelo apresentou o maior caráter inibidor, comparando-se com a lixívia do filtro branco e em meio de água pura. Tanto testes de simples exposição do metal nos meios, quanto testes eletroquímicos, concordaram nos resultados de maior inibição da corrosão do aço API 5L Grau B em solução lixiviada contendo os componentes aquosolúveis extraídos dos filtros amarelos de resíduos de cigarros.
5. REFERÊNCIAS CHEN, H.; LI. J.; WU, X.; WANG, X. Synthesis of alumina-modified cigarette soot carbon as an adsorbent for efficient arsenate removal. Ind. Eng. Chem. Res., v. 53, n. 41, p. 16051-16060, set. 2014. ECO UNIFESP. Tempo de decomposição, 2014. GENTIL, V. Corrosão. 6ª Edição, Rio de Janeiro: LTC, 2011. LAMAS, J. Descartadas aos milhões, bitucas viram papel, adubo e combustível, 2015. Folha de São Paulo. PICOLI, A. J. Desempenho do inibidor de corrosão produzido à base de filtros de cigarros. Dissertação de Mestrado. Instituto Federal do Espírito Santo, 2010. RAMANATHAN, L. V. Corrosão e seu Controle. São Paulo: Ed. Hemus Ltda., 2010. SCHULTZ, M. Inibidores de corrosão. Boletim Recuperar, Survey Practice, 2004. UNIVERSO JATOBA. Bitucas de cigarro podem ser recicladas, 2014. ZHAO, J; ZHANG, N; QU, C; Wu, X.; ZHANG, J; ZHANG, X. Cigarette butts and their application in corrosion inhibition for N80 steel at 90 C in a hydrochloric acid solution. Ind. Eng. Chem. Res., v. 49, n. 8, p. 3986 3991, 2010