Летючі органічні сполуки (ЛОС): вплив та управління в промисловості

На промислових об’єктах леткі органічні сполуки (ЛОС) є частиною забруднювачів навколишнього повітря, як у приміщенні, так і зовні. Термін ЛОС охоплює широкий спектр хімічних речовин.

Що між ними спільного? Вони складаються з вуглецю і водню, і в навколишньому середовищі перебувають або в газоподібній, або в рідкій фазі, яка легко випаровується. ЛОС впливають на якість повітря, що має наслідки для здоров’я людей, навколишнього середовища та економіки. Тому вони офіційно визначені на європейському рівні та перекладені на національному рівні. Знання фізичних і хімічних властивостей ЛОС допоможе вам вжити відповідних профілактичних заходів. Ось короткий огляд, який ознайомить вас з фізичними та хімічними характеристиками ЛОС, що впливають на якість повітря.

Нормативне визначення ЛОС

Стаття 2, §16 та §17 Директиви Ради 1999/13/ЄС від 11 березня 1999 року про “обмеження викидів летких органічних сполук внаслідоквикористання органічних розчинників у певних видах діяльності та на певних установках ” дає наступні два визначення:

Органічна сполука: “будь-яка сполука, яка, за винятком метану, містить вуглець і водень, які можуть бути заміщені іншими атомами, такими як галогени (наприклад, фтор, хлор, бром, йод), кисень, сірка, азот або фосфор, за винятком оксидів вуглецю (наприклад, CO₂) та карбонатів (наприклад: CO₃^2-) та бікарбонатів(наприклад, HCO₃^–) . ”

Летюча органічна сполука (ЛОС) : будь-яка органічна сполука з тиском пари 0,01 кПа або більше при температурі 293,15 К(20°C) або з відповідною летючістю за конкретних умов використання.

Директива була перенесена у французьке законодавство у статті R224-48 Кодексу про навколишнє середовище. Вона визначає ЛОС як “будь-яку органічну сполуку, початкова температура кипіння якої, виміряна за стандартного тиску 101,3 кПа, є меншою або дорівнює 250°C”.

Вони літають? Так, але більш-менш! Фізична класифікація ЛОС

Щоб зрозуміти масштаби викидів ЛОС, які впливають на якість атмосферного повітря, нам потрібно знати їхню концентрацію. Для цього ми покладаємося на фізичну характеристику: летючість.

Летючість – це здатність речовини випаровуватися при температурі та тиску навколишнього середовища.

ЛОС є летючими, але більш-менш летючими. Оскільки летючість ЛОС залежить від тиску її пари, ефективна концентрація насичення ???????? (в ^мкг/м-3) може бути використана як критерій класифікації. Летючість також зменшується зі збільшенням молекулярної маси ЛОС. ЛОС також можна класифікувати за кількістю атомів вуглецю в їхній структурі.

волатильність до неволатильності	кількість атомів вуглецю	ефективна концентрація насичення ????????
ЛОС Дуже леткі до летких	nb C ≤ 11	???????? > 106 мкг .м-3
Проміжний продукт для зниження летючості ЛОС	12 ≤ nb C ≤ 18	103 мкг/м-3 <???????? ≤106 мкг/м-3
COSVSemi Volatil	18 < nb C ≤ 32	10-1 мкг/м-3 <???????? ≤103 мкг/м-3
CONV Нелеткий при кімнатній температурі (частинка)	nb C > 32	???????? < 10-1 мкг.м-3

Слід зазначити, що нелеткі органічні сполуки при температурі навколишнього середовища (НЛОС) випаровуються за певних умов використання, пов’язаних з промисловими процесами, або в разі аварії (пожежі, вибуху).

Інша класифікація ЛОС використовує температуру кипіння як критерій.

Волатильність	Температура кипіння
Висока волатильність	< (50 – 100 °C)
Нестабільний	(50 – 100 °C) до (240 – 260 °C)
Напівлетучі	(240 – 260 °C) до (380 – 400 °C)

ЛОС і запахи

Деякі ЛОС не мають запаху (бутан, пропан). Інші ЛОС можуть мати більш-менш характерний запах. Особливо сильно пахнуть сполуки сірки, аміни, сполуки кисню (кетони, альдегіди) та деякі ароматичні сполуки.

Класифікація ЛОС за хімічною структурою

ЛОС – це великий клас хімічних сполук з широким розмаїттям структур і властивостей. Їхній спільний вплив як забруднювачів повітря, води та ґрунту об’єднує їх у цей клас. Однак їхня структура, зокрема наявність груп атомів, відмінних від C і H, впливає на їхні хімічні властивості, а отже, на їхню токсичність для людини і природи, а отже, і на їхній економічний вплив.

Структурні критерії ЛОС

ЛОС розрізняють за кількома невиключними структурними критеріями, кожен з яких впливає на характер і ступінь їхніх забруднюючих властивостей:

• циклічні(ланцюг атомів вуглецю, що замикається в коло) та нециклічні(незамкнений вуглецевий ланцюг, атоми С з’єднуються між собою лінійно);
• ароматичні(специфічний гексагональний вуглецевий ланцюг, званий бензольним кільцем, що складається з 6 атомів вуглецю, кожен з яких з’єднаний з атомом водню) та неароматичні(ланцюг без цієї особливої конфігурації);
• моноциклічні(один циклічний вуглецевий ланцюг) проти поліциклічних(кілька однакових кілець, з’єднаних одним або двома спільними атомами вуглецю)
• гомоциклічні(кільце, утворене виключно з C) та гетероциклічні(кільце, що містить вуглець та інші атоми, що заміщують вуглець);
• насичені(наявність лише одного вуглецевого зв’язку) та ненасичені(подвійний або потрійний вуглецевий зв’язок). Ненасиченість робить ЛОС більш реакційноздатними, що впливає на їхню токсичність. Ароматичні структури є ненасиченими.
• нерозгалужений та розгалужений(основний вуглецевий ланцюг має одне або кілька відгалужень, утворених або тільки з груп атомів С та Н, або з іншими атомами, які надають їм характерної реакційної здатності [функціональна група]).

Класифікація ЛОС

Існує дві основні категорії ЛОС: ароматичні ЛОС та аліфатичні (неароматичні) ЛОС.

Ароматичні ЛОС мають бензольне кільце як основний скелет. Їх можна розділити на кілька підкатегорій:

• Моноциклічні ароматичні вуглеводні, в тому числі BTEX (скорочення від Benzene, Toluene, Ethylbenzene, Xylene), всі вони токсичні та екотоксичні.
• Поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ), які мають канцерогенні властивості. Вони синтезуються при утворенні викопного палива (нафта, вугілля) або при неповному згорянні органічних речовин (нафтове опалення, лісові пожежі тощо).
• ароматичні гетероциклічні сполуки або ароматичні гетероцикли, в яких один або більше атомів С бензольного кільця заміщені іншими атомами (або групами атомів), такими як згадані у визначенні вище.

Аліфатичні ЛОС (= неароматичні ЛОС) включають молекули з :

• насичені: алкани ; наприклад, гексан _C6H14 , який використовується в клеях, адгезивах і знежирювальних рідинах, присутній у парах бензину. Він може потрапляти в організм респіраторним та перкутанним шляхами. Наслідки вдихання варіюються від запаморочення до втрати свідомості. Потрапляння на шкіру викликає дерматит.
• insaturée aux propriétés plus polluantes :
  • алкени (подвійний вуглецевий зв’язок); приклад: етилен _C2H4 виділяється більшістю фруктів і овочів як агент дозрівання, виділяється вихлопними трубами, навантажувачами, що працюють на пропані, і поліетиленовими пакетами під дією світла. При вдиханні він може викликати запаморочення, головний біль і втрату свідомості, а також сприяє парниковому ефекту;
  • алкіни (потрійний вуглецевий зв’язок); приклад: етин або ацетилен_C2H2; надзвичайно легкозаймистий і вибухонебезпечний, використовується як паливо для зварювання або в певному аналітичному обладнанні.

Алкани, алкени та алкіни також включають структури :

• non-cycliques, les aliphatiques acycliques, qui sont constituées de chaînes :
  • або лінійні. Приклад н-гексан.
  • або розгалуженим.
• cycliques (cycles non-aromatiques), les alicycliques (= aliphatiques cycliques) : cycloalcanes, cycloalcènes, cycloalcynes.
  • Молекули можуть складатися з декількох циклів
    • або пов’язані 2 спільними атомами вуглецю; приклад: поліциклічні циклоалкани
    • або з’єднані 1 спільним атомом вуглецю: спірани.
  • Кільце може включати інші атоми, крім вуглецю (гетероцикл)
  • Кільце може бути розгалуженим. Наприклад, метилциклогексан _(C6H11CH3), що використовується як основа для органічного синтезу, розчинник ефірів і целюлози, а також як авіаційне паливо. Він може пошкодити дихальні шляхи, центральну нервову систему, шкіру та очі.

Якщо аліфатична або ароматична структура має відгалуження, ідентифіковане як функціональна група (група атомів, яка надає їй відмінних хімічних властивостей), як, наприклад, певні похідні алканів або ПАУ, ЛОС матиме специфічний вплив на якість повітря. Потім ЛОС класифікують у певну родину:

• Галогеновані ЛОС, наприклад, хлорметан CH₃Cl
• Сірковмісні ЛОС, наприклад, β-меркаптоетанол _C2H6OS,
• COV oxygénés dont des :
  • ЛОС-спирти, наприклад, етиленгліколь _C2H6O2; використовується як антифриз, розчинник, гальмівні рідини, барвники тощо. Вдихання викликає кашель і головний біль, а прийом всередину – біль у животі та нудоту.
  • ЛОС-кетони, наприклад, ацетон _C3H6O, розчинник, що використовується у лакофарбовій, гумовій та пластмасовій промисловості тощо. Високо леткий, його можна вдихати у великих кількостях, коли в повітрі висока концентрація. Він може потрапляти в кров через легені і поширюватися по всьому тілу. Симптоми варіюються від подразнення носа до пригнічення центральної нервової системи.
  • ЛОС-альдегіди, наприклад, формальдегід _CH2O, більшою чи меншою мірою виділяються в усіх промислових секторах і визнані канцерогенами.
  • Ефіри ЛОС, наприклад, етиленгліколь-нбутиловий ефір(EGBE) _C6H14O2,
  • Ефір ЛОС, наприклад, метилацетат _C3H6O2.
• Нітро ЛОС, наприклад, нітроетан _C2H5NO2, подразнюючи дихальні шляхи, може змінювати склад крові та викликати судоми.
• Амінолетучі речовини, такі як анілін, які легко адсорбуються на робочому одязі, стінах, машинах і стільницях.

Кілька тисяч речовин відповідають визначенню ЛОС. Вони впливають на якість повітря в усіх промислових секторах. Знання їхнього складу дозволяє зрозуміти, як вони реагують з газами та пилом у повітрі на промислових об’єктах. Після цього можна вжити превентивних заходів, адаптованих до їхнього хімічного складу, зокрема, щодо уловлювання в джерелі, фільтрації та очищення.