Op een industriële site maken Vluchtige Organische Stoffen (VOS) deel uit van de verontreinigende stoffen in de omgevingslucht, zowel binnen als buiten. De term VOC dekt een breed scala aan chemische stoffen.
Wat hebben ze gemeen? Ze bestaan uit koolstof en waterstof en bevinden zich in omgevingsomstandigheden in een gasfase of in een vloeibare fase die gemakkelijk verdampt. VOC’s hebben een invloed op de luchtkwaliteit, met gevolgen voor de menselijke gezondheid, het milieu en de economie. Daarom zijn ze officieel gedefinieerd op Europees niveau en vertaald op nationaal niveau. Als je de fysische en chemische eigenschappen van VOC’s kent, kun je de juiste preventieve maatregelen nemen. Hier volgt een kort overzicht om je vertrouwd te maken met de fysische en chemische eigenschappen van VOC’s die een invloed hebben op de luchtkwaliteit.
Sommaire
Wettelijke definitie van VOC’s
Artikel 2, §16 en §17, van Richtlijn 1999/13/EG van de Raad van 11 maart 1999 inzake “de beperking van de emissie van vluchtige organische stoffen ten gevolge van hetgebruik van organische oplosmiddelen bij bepaalde werkzaamheden en in installaties ” geeft de volgende twee definities:
Organische verbinding: “een verbinding die, met uitzondering van methaan, koolstof en waterstof bevat en die kan zijn gesubstitueerd door andere atomen zoals halogenen (bv. fluor, chloor, broom, jodium), zuurstof, zwavel, stikstof of fosfor, met uitzondering van koolstofoxiden (bv. CO2) en carbonaten (Bijvoorbeeld: CO32-) en bicarbonaten(bv. HCO3–)”.
Vluchtige organische stof (VOS) : een organische verbinding met een dampdruk van 0,01 kPa of meer bij een temperatuur van 293,15 K(20°C) of met een overeenkomstige vluchtigheid onder de specifieke gebruiksomstandigheden.
De richtlijn is omgezet naar Frans recht in artikel R224-48 van de milieuwet. Hierin wordt een VOS gedefinieerd als “een organische verbinding waarvan het beginkookpunt, gemeten bij een standaarddruk van 101,3 kPa, lager is dan of gelijk is aan 250°C”.
Vliegen ze? Ja, maar min of meer! Fysieke classificatie van VOC’s
Om te begrijpen in welke mate VOC-emissies de luchtkwaliteit beïnvloeden, moeten we hun concentratie kennen. Hiervoor baseren we ons op een fysische eigenschap: vluchtigheid.
Vluchtigheid is het vermogen van een stof om te verdampen bij omgevingstemperatuur en -druk.
VOS zijn vluchtig, maar meer of minder vluchtig. Aangezien de vluchtigheid van een VOS afhangt van de dampspanning, kan de effectieve verzadigingsconcentratie ???????? (in µg.m-3) gebruikt worden als een classificatiecriterium. De vluchtigheid neemt ook af naarmate het moleculair gewicht van de VOS toeneemt. VOS kunnen ook worden geclassificeerd volgens het aantal koolstofatomen in hun structuur.
| volatiliteit naar niet-volatiliteit | aantal koolstofatomen | effectieve verzadigingsconcentratie ???????? |
| VOC Zeer vluchtig tot vluchtig | nb C ≤ 11 | ???????? > 106 μg .m-3 |
| VOC-IVolatiliteit Intermediair | 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 Niet vluchtig bij kamertemperatuur (deeltje) | nb C > 32 | ???????? < 10-1 μg.m-3 |
Er moet worden opgemerkt dat niet-vluchtige organische stoffen bij omgevingstemperatuur (NVOCC) verdampen onder specifieke gebruiksomstandigheden, in verband met industriële processen of in het geval van een ongeluk (brand, explosie).
Een andere classificatie van VOC’s neemt de kooktemperatuur als criterium.
| Volatiliteit | Kooktemperatuur |
| Zeer vluchtig | < (50 – 100 °C) |
| Vluchtig | (50 – 100 °C) tot (240 – 260 °C) |
| Halfvluchtig | (240 – 260 °C) tot (380 – 400 °C) |
VOC’s en geuren
Sommige VOS zijn geurloos (butaan, propaan). Andere VOC’s kunnen een meer of minder karakteristieke geur hebben. Zwavelverbindingen, amines, zuurstofverbindingen (ketonen, aldehyden) en bepaalde aromatische verbindingen zijn bijzonder geurgevoelig.
Classificatie van VOC’s volgens hun chemische structuur
VOS vormen een uitgebreide klasse van chemische verbindingen, met een grote verscheidenheid aan structuren en eigenschappen. Het is hun gemeenschappelijke impact als lucht-, water- en bodemverontreinigers die hen samenbrengt in deze klasse. Hun structuren, en in het bijzonder de aanwezigheid van andere atoomgroepen dan C en H, beïnvloeden echter hun chemische eigenschappen, en bijgevolg hun toxiciteit voor mens en natuur, en bijgevolg hun economische impact.
VOC-structuurcriteria
VOS worden onderscheiden volgens verschillende niet-exclusieve structurele criteria, die elk bijdragen tot de aard en de mate van hun vervuilende eigenschappen:
- cyclisch(keten van koolstofatomen die zich in een cirkel sluiten) versus niet-cyclisch(niet-gesloten koolstofketen, de C-atomen verbinden zich op een lineaire manier);
- aromatisch(een specifieke zeshoekige koolstofketen bekend als de benzeenring, bestaande uit 6 koolstofatomen die elk verbonden zijn met een waterstofatoom) versus niet-aromatisch(een keten zonder deze speciale configuratie);
- monocyclisch(een enkele cyclische koolstofketen) versus polycyclisch(meerdere identieke ringen verbonden door een of twee gemeenschappelijke koolstofatomen)
- homocyclisch(een ring die alleen uit C bestaat) versus heterocyclisch(een ring met koolstof en andere atomen die koolstof vervangen);
- verzadigd(aanwezigheid van enkelvoudige koolstofverbindingen) versus onverzadigd(dubbele of drievoudige koolstofverbindingen). Onverzadiging maakt VOS reactiever, wat een invloed heeft op hun toxiciteit. Aromatische structuren zijn allemaal onverzadigd.
- onvertakt versus vertakt(de hoofdketen van koolstof heeft een of meer vertakkingen die gevormd zijn uit groepen van C- en H-atomen alleen, of waarin andere atomen zijn opgenomen die ze dan een kenmerkende reactiviteit [functionele groep] geven).
Classificatie van VOC’s
Er zijn twee hoofdcategorieën VOS: aromatische VOS en alifatische (niet-aromatische) VOS.
Aromatische VOS hebben een benzeenring als basisskelet. Ze kunnen worden onderverdeeld in verschillende subcategorieën:
- Monocyclische aromatische koolwaterstoffen, waaronder BTEX (afkorting van Benzeen, Tolueen, Ethylbenzeen, Xyleen), die allemaal giftig en ecotoxisch zijn.
- Polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), die kankerverwekkende eigenschappen hebben. Ze worden gesynthetiseerd tijdens de vorming van fossiele brandstoffen (olie, kolen) of tijdens de onvolledige verbranding van organisch materiaal (oliestook, bosbranden, enz.).
- aromatische heterocyclische verbindingen of aromatische heterocyclen, waarin een of meer C-atomen van de benzeenring gesubstitueerd zijn door andere atomen (of groepen atomen) zoals genoemd in bovenstaande definitie.
Alifatische VOS (= niet-aromatische VOS) omvatten moleculen met een :
- verzadigd: alkanen ; hexaan C6H14 bijvoorbeeld, dat wordt gebruikt in lijm, kleefmiddelen en ontvettingsvloeistoffen, zit in benzinedampen. Het kan het lichaam binnendringen via de ademhalingswegen en via de huid. De effecten van inademing variëren van duizeligheid tot bewustzijnsverlies. Huidcontact veroorzaakt dermatitis.
- insaturée aux propriétés plus polluantes :
- alkenen (dubbele koolstofbinding); voorbeeld: ethyleen C2H4 dat vrijkomt bij de meeste groenten en fruit als rijpingsmiddel, en dat wordt uitgestoten door uitlaatpijpen, vorkheftrucks die propaan gebruiken en plastic zakken onder invloed van licht. Bij inademing kan het duizeligheid, hoofdpijn en bewustzijnsverlies veroorzaken en draagt het bij aan het broeikaseffect;
- alkynen (drievoudige koolstofbinding); voorbeeld: ethyleen of acetyleenC2H2; zeer ontvlambaar en explosief, het wordt gebruikt als brandstof voor lassen of in bepaalde analyseapparatuur.
Alkanen, alkenen en alkynen bevatten ook structuren :
- non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
- of lineair. Voorbeeld n-hexaan.
- of vertakt.
- cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
- Moleculen kunnen uit meerdere cycli bestaan
- ofwel verbonden door 2 gemeenschappelijke koolstofatomen; voorbeeld: polycyclische cycloalkanen
- of verbonden door 1 gemeenschappelijk koolstofatoom: spiranen.
- De ring kan andere atomen dan koolstof bevatten (heterocyclus)
- Een ring kan vertakt zijn. Bijvoorbeeld methylcyclohexaan (C6H11CH3), gebruikt als basis voor organische synthese, als oplosmiddel voor ethers en cellulose, en als vliegtuigbrandstof. Het kan schadelijk zijn voor de luchtwegen, het centrale zenuwstelsel, de huid en de ogen.
- Moleculen kunnen uit meerdere cycli bestaan
Als de alifatische of aromatische structuur een vertakking heeft die geïdentificeerd wordt als een functionele groep (een groep atomen die het kenmerkende chemische eigenschappen geeft), zoals bepaalde alkaanderivaten of PAK’s, dan zal de VOS een specifieke impact hebben op de luchtkwaliteit. VOS worden dan ingedeeld in een bepaalde familie:
- Gehalogeneerde VOS, bijv. chloormethaan CH₃Cl
- Zwavelhoudende VOS, bijv. β-mercaptoethanol C2H6OS,
- COV oxygénés dont des :
- VOS-alcoholen, bijv. ethyleenglycol C2H6O2; gebruikt als antivriesmiddel, oplosmiddel, remvloeistof, kleurstof, enz. Inademing veroorzaakt hoesten en hoofdpijn, terwijl inname buikpijn en misselijkheid veroorzaakt.
- VOS-ketonen, bijv. aceton C3H6O, een oplosmiddel dat gebruikt wordt in de verf-, lak-, rubber- en kunststofindustrie, enz. Deze zeer vluchtige stof kan bij een hoge concentratie in de lucht in grote hoeveelheden worden ingeademd. Het kan via de longen in de bloedbaan terechtkomen en zich door het hele lichaam verspreiden. Symptomen variëren van irritatie van de neus tot depressie van het centrale zenuwstelsel.
- VOC aldehyden, bijv. CH2Oformaldehyde, in meer of mindere mate uitgestoten in alle industriële sectoren en erkend als kankerverwekkend.
- VOS-ethers, bijv. ethyleenglycolnbutylether(EGBE) C6H14O2,
- VOS-ester, bijv. methylacetaat C3H6O2.
- Nitro VOC’s, bijv. nitroethaan C2H5NO2, irriteren de luchtwegen, kunnen het bloed aantasten en convulsies veroorzaken.
- Amino VOC’s, zoals aniline, die gemakkelijk adsorberen aan werkkleding, muren, machines en werkoppervlakken.
Enkele duizenden stoffen voldoen aan de definitie van VOS. Ze beïnvloeden de luchtkwaliteit in alle industriële sectoren. Als we weten wat het zijn, kunnen we begrijpen hoe ze reageren met de gassen en het stof in de lucht op een industriële locatie. Er kunnen dan preventieve maatregelen worden genomen die zijn aangepast aan hun chemische samenstelling, met name op het gebied van afvang aan de bron, filtratie en behandeling.
