Lakieji organiniai junginiai (LOJ): poveikis ir valdymas pramonėje

Pramonėje lakiųjų organinių junginių (LOJ) kiekis yra vienas iš aplinkos oro teršalų tiek patalpose, tiek lauke. Terminas LOJ apima įvairias chemines medžiagas.

Ką jie turi bendro? Jas sudaro anglis ir vandenilis, o aplinkos sąlygomis jos yra arba dujinės fazės, arba skystos fazės, kuri lengvai garuoja. LOJ daro poveikį oro kokybei, o tai turi įtakos žmonių sveikatai, aplinkai ir ekonomikai. Todėl jos oficialiai apibrėžtos Europos lygmeniu ir išverstos nacionaliniu lygmeniu. LOJ fizikinių ir cheminių savybių žinojimas padeda imtis tinkamų prevencinių priemonių. Pateikiame trumpą apžvalgą, kad susipažintumėte su fizikinėmis ir cheminėmis lakiųjų organinių junginių, darančių poveikį oro kokybei, savybėmis.

LOJ apibrėžtis pagal teisės aktus

1999 m. kovo 11 d. Tarybos direktyvos 1999/13/EB dėl lakiųjų organinių junginių, susidarančiųnaudojant organinius tirpiklius tam tikrose veiklos rūšyse ir įrenginiuose, išmetamų teršalų kiekio ribojimo 2 straipsnio 16 ir 17 dalyse pateikiamos šios dvi apibrėžtys:

Organinis junginys: „bet koks junginys, kurio sudėtyje, išskyrus metaną, yra anglies ir vandenilio, kurie gali būti pakeisti kitais atomais, pavyzdžiui, halogenais ( pvz., fluoru, chloru, bromu, jodu), deguonimi, siera, azotu arba fosforu, išskyrus anglies oksidus (pvz., CO₂) ir karbonatus (pvz.: CO₃^2-) ir bikarbonatai (pvz., HCO₃^–) . ”

Lakusis organinis junginys (LOJ) : bet kuris organinis junginys, kurio garų slėgis 293,15 K(20 °C) temperatūroje yra ne mažesnis kaip 0,01 kPa arba kurio lakumas konkrečiomis naudojimo sąlygomis yra atitinkamas.

Direktyva perkelta į Prancūzijos teisę Aplinkos kodekso R224-48 straipsniu. Jame LOJ apibrėžiamas kaip „bet koks organinis junginys, kurio pradinė virimo temperatūra, išmatuota esant 101,3 kPa standartiniam slėgiui, yra mažesnė arba lygi 250 °C”.

Ar jie skraido? Taip, bet daugiau ar mažiau! LOJ fizinė klasifikacija

Kad suprastume, kokio masto LOJ išmetimai daro poveikį aplinkos oro kokybei, turime žinoti jų koncentraciją. Tam pasitelkiame fizikinę savybę – lakumą.

Lakumas – tai medžiagos gebėjimas garuoti esant aplinkos temperatūrai ir slėgiui.

LOJ yra lakūs, bet daugiau ar mažiau lakūs. Kadangi lakiųjų organinių junginių lakumas priklauso nuo jų garų slėgio, kaip klasifikavimo kriterijus gali būti naudojama efektyvioji prisotinimo koncentracija ???????? (μg.^m-3). Lakumas taip pat mažėja didėjant LOJ molekulinei masei. LOJ taip pat galima klasifikuoti pagal anglies atomų skaičių jų struktūroje.

nepastovumas į nepastovumą	anglies atomų skaičius	efektyvioji prisotinimo koncentracija ????????
LOJ Labai lakus arba lakus	nb C ≤ 11	???????? > 106 μg .m-3
VOC-IVolatility Intermediate	12 ≤ nb C ≤ 18	103 μg.m-3 <???????? ≤106 μg.m-3
COSVSemi Volatil	18 < nb C ≤ 32	10-1 μg.m-3 <???????? ≤103 μg.m-3
CONV Nelakus kambario temperatūroje (dalelė)	nb C > 32	???????? < 10-1 μg.m-3

Reikėtų pažymėti, kad nelakieji organiniai junginiai aplinkos temperatūroje (NVOCC) išgaruoja esant tam tikroms naudojimo sąlygoms, susijusioms su pramoniniais procesais arba įvykus avarijai (gaisrui, sprogimui).

Kitoje lakiųjų organinių junginių klasifikacijoje kaip kriterijus naudojama virimo temperatūra.

Nepastovumas	Virimo temperatūra
Labai lakus	< (50 – 100 °C)
Lakus	(50-100 °C) iki (240-260 °C)
Pusiau lakus	(240-260 °C) iki (380-400 °C)

LOJ ir kvapai

Kai kurie LOJ yra bekvapiai (butanas, propanas). Kiti LOJ gali turėti daugiau ar mažiau būdingą kvapą. Ypač didelį kvapą skleidžia sieros junginiai, aminai, deguonies junginiai (ketonai, aldehidai) ir tam tikri aromatiniai junginiai.

LOJ klasifikavimas pagal jų cheminę struktūrą

LOJ yra didžiulė cheminių junginių klasė, pasižyminti didele struktūros ir savybių įvairove. Į šią klasę juos jungia bendras jų, kaip oro, vandens ir dirvožemio teršalų, poveikis. Tačiau jų struktūra, ypač atomų grupių, išskyrus C ir H, buvimas, daro įtaką jų cheminėms savybėms, taigi ir jų toksiškumui žmonėms ir gamtai bei ekonominiam poveikiui.

LOJ struktūriniai kriterijai

LOJ skirstomi pagal keletą neišskirtinių struktūrinių kriterijų, kurių kiekvienas lemia jų taršos pobūdį ir laipsnį:

• ciklinė(anglies atomų grandinė, susijungianti ratu) ir neciklinė(neužsidaranti anglies atomų grandinė, C atomai jungiasi linijiniu būdu);
• aromatinės(specifinė šešiakampė anglies grandinė, vadinama benzeno žiedu, sudaryta iš 6 anglies atomų, kurių kiekvienas sujungtas su vandenilio atomu) ir nearomatinės(grandinė be šios specialios konfigūracijos);
• monociklinis(viena ciklinė anglies grandinė) ir policiklinis(keli vienodi žiedai, sujungti vienu ar dviem bendrais anglies atomais).
• homociklinis(žiedas sudarytas tik iš C) ir heterociklinis(žiedas, kuriame yra anglies ir kitų atomų, pakeičiančių anglį);
• sočiųjų(yra tik vienos anglies jungtys) ir nesočiųjų(dvigubos arba trigubos anglies jungtys). Dėl nesočiųjų jungčių LOJ tampa reaktyvesni, o tai turi įtakos jų toksiškumui. Visos aromatinės struktūros yra nesočiosios.
• nešakotos ir šakotos(pagrindinė anglies grandinė turi vieną ar daugiau atšakų, sudarytų tik iš C ir H atomų grupių arba su kitais atomais, kurie suteikia joms būdingą reaktyvumą [funkcinę grupę]).

LOJ klasifikavimas

Skiriamos dvi pagrindinės LOJ kategorijos: aromatiniai LOJ ir alifatiniai (nearomatiniai) LOJ.

Aromatinių lakiųjų organinių junginių pagrindinis skeletas yra benzeno žiedas . Juos galima suskirstyti į kelias subkategorijas:

• Monocikliniai aromatiniai angliavandeniliai, įskaitant BTEX (sutrumpintai – benzenas, toluenas, etilbenzenas, ksilenas), kurie visi yra toksiški ir ekotoksiški.
• Policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (PAH), kurie turi kancerogeninių savybių. Jie sintetinami susidarant iškastiniam kurui (naftai, anglims) arba nevisiškai sudegant organinėms medžiagoms (kaitinant naftą, miškų gaisruose ir kt.).
• aromatiniai heterocikliniai junginiai arba aromatiniai heterociklai, kuriuose vienas ar daugiau benzeno žiedo C atomų yra pakeisti kitais atomais (arba atomų grupėmis), pavyzdžiui, nurodytais pirmiau pateiktame apibrėžime.

Alifatiniai LOJ (= nearomatiniai LOJ) apima molekules, kurių :

• sotieji: alkanai, pavyzdžiui, heksanas _C6H14 , naudojamas klijų, klijų ir nuriebalinimo skysčių gamyboje, yra benzino garuose. Į organizmą jis gali patekti per kvėpavimo takus ir per odą. Įkvėpus galima patirti nuo galvos svaigimo iki sąmonės netekimo. Sąlytis su oda sukelia dermatitą.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • alkenai (dviguba anglies jungtis); pavyzdys: etilenas _C2H4, išsiskiriantis iš daugumos vaisių ir daržovių kaip nokinimo medžiaga, išsiskiriantis iš išmetamųjų vamzdžių, propanu varomų krautuvų ir plastikinių maišelių veikiant šviesai. Įkvėptas jis gali sukelti galvos svaigimą, galvos skausmą ir sąmonės netekimą, be to, prisideda prie šiltnamio efekto;
  • alkinai (triguba anglies jungtis); pavyzdžiui, etilenas arba acetilenas_C2H2; labai degus ir sprogus, naudojamas kaip suvirinimo kuras arba tam tikroje analizės įrangoje.

Alkanai, alkenai ir alkinai taip pat turi struktūras :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • arba linijinis. Pavyzdys n-heksanas.
  • arba šakotas.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Molekulės gali būti sudarytos iš kelių ciklų
    • arba sujungti 2 bendrais anglies atomais; pavyzdys: policikliniai cikloalkanai
    • arba sujungti vienu bendru anglies atomu: spiranai.
  • Žiedą gali sudaryti ne tik anglies, bet ir kiti atomai (heterocikliai)
  • Žiedas gali būti šakotas. Pavyzdžiui, metilcikloheksanas _(C6H11CH3), naudojamas kaip organinės sintezės bazė, eterių ir celiuliozės tirpiklis, taip pat kaip aviacinis kuras. Jis gali pažeisti kvėpavimo takus, centrinę nervų sistemą, odą ir akis.

Jei alifatinė arba aromatinė struktūra turi atšaką, kuri identifikuojama kaip funkcinė grupė (atomų grupė, suteikianti jai išskirtinių cheminių savybių), pavyzdžiui, tam tikri alkano dariniai arba policikliniai aromatiniai angliavandeniliai, lakiųjų organinių junginių poveikis oro kokybei bus specifinis. Tuomet LOJ priskiriami tam tikrai grupei:

• Halogeninti lakiųjų organinių junginių junginiai, pvz., chlorometanas CH₃Cl
• Sieros turintys LOJ, pvz., β-merkaptoetanolis _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • LOJ alkoholiai, pvz., etilenglikolis _C2H6O2; naudojami kaip antifrizas, tirpiklis, stabdžių skysčiai, dažikliai ir kt. Įkvėpus atsiranda kosulys ir galvos skausmas, o nurijus – pilvo skausmas ir pykinimas.
  • LOJ ketonai, pvz., acetonas _C3H6O, tirpiklis, naudojamas dažų, lako, gumos ir plastiko pramonėje ir kt. Labai lakus, todėl esant didelei jo koncentracijai ore gali būti įkvepiamas dideliais kiekiais. Per plaučius jis gali patekti į kraują ir pasklisti po visą organizmą. Simptomai – nuo nosies dirginimo iki centrinės nervų sistemos slopinimo.
  • LOJ aldehidai, pvz., _CH2Oformaldehidas, daugiau ar mažiau išsiskiriantis visuose pramonės sektoriuose ir pripažintas kancerogenu.
  • Lakiųjų organinių junginių eteriai, pvz., etilenglikolio n-butilo eteris(EGBE) _C6H14O2,
  • lakiųjų organinių junginių esteris, pvz., metilacetatas _C3H6O2.
• Nitro LOJ, pvz., nitroetanas _C2H5NO2, dirgina kvėpavimo takus, gali keisti kraują ir sukelti konvulsijas.
• Amino LOJ, pavyzdžiui, anilinas, kuris lengvai adsorbuojasi ant darbo drabužių, sienų, mašinų ir stalviršių.

LOJ apibrėžtį atitinka keli tūkstančiai medžiagų. Jos turi įtakos oro kokybei visuose pramonės sektoriuose. Žinodami, kas jos yra, galime suprasti, kaip jos reaguoja su pramonės objekto ore esančiomis dujomis ir dulkėmis. Tada galima imtis jų cheminei sudėčiai pritaikytų prevencinių priemonių, visų pirma surinkimo prie šaltinio, filtravimo ir valymo.