sms e energia da cadeia produtiva de pavimentação ... · convecção mássica forçada. ensaios...

Paulo Nascimento

Universidade Federal de Santa Maria

Departamento de Química

LACHEM

Estudo de Emissões Asfálticas

1

SMS e Energia da Cadeia Produtiva de

Pavimentação Asfáltica

IBP-RJ – Outubro de 2015

2

Emissões Asfálticas

Hidrocarbonetos Policiclicos Aromáticos

HPAs, N-HPAs e O-HPAs

Emissão

Coleta (absorção, adsorção)

Identificação

Quantificação

Segurança - Meio ambiente - Saúde

?

3

16 HPAs prioritários US EPA

4

(Particularizando...)

• Os HPAs são arrastados para a atmosfera?

• Os HPAs podem alcançar os lençóis de água?

• A exposição dos trabalhadores aos HPAs é de fato detectada?

Segurança - Meio ambiente - Saúde

?

5

Para responder essas perguntas

• Transferência de HPAs abaixo da temperatura de ebulição

• Estabilidade e solubilidade de HPAs

• Adsorção de HPAs em substratos sólidos

• Os HPAs são arrastados para a atmosfera?

• Os HPAs podem alcançar os lençóis de água?

• A exposição dos trabalhadores aos HPAs é de fato detectada?

temos que avaliar

6

Dispositivos de extração e

arraste, traps, adsorventes.....

Como avaliar a transferência de HPAs

abaixo da temperatura de ebulição ?

7

DEC

O arraste de HPAs por um fluxo de gases foi

investigado em dois sistemas diferentes

Vidro

DEC

9

Vidro

O que buscamos com os dois sistemas?

(DEC + Vidro)

?

1. O arraste de HPAs a partir de diferentes substratos

2. O arraste de HPAs em diferentes temperaturas

3. A retenção de HPAs em diferentes meios (ads. & solventes)

Investigar

Por quê?

Para tentarmos responder as questões iniciais:

• Os HPAs são arrastados para a atmosfera?

• Os HPAs podem alcançar os lençóis de água?

• A exposição dos trabalhadores aos HPAs é de fato detectada?

Essas questões relacionam-se à:

• Transferência de HPAs abaixo da temperatura de ebulição

• Estabilidade e solubilidade de HPAs

• Adsorção de HPAs em substratos sólidos

Ensaios com o DEC

O que pretendemos com a utilização do DEC ?

•Avaliar o arraste de HPAs diretamente da matriz (asfalto) em

diferentes temperaturas

•Avaliar a eficiência de diferentes adsorventes

•Avaliar a eficiência dos adsorventes frente a misturas de HPAs

•Avaliar a eficiência de adsorventes de composição única vs. mista

140°C

175°C

200°C

300°C

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

Trap 1Trap 2

Trap 3Trap 4

Trap 5Fluoreno

Amostra: 2011-001802-80

mg/kg

Ensaios com o DEC – HPAs em

amostra de asfalto

Sem adsorvente sólido

140°C

175°C

200°C

300°C

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

Trap 1Trap 2

Trap 3Trap 4

Trap 5Fluoreno

Amostra: 2011-001802-80

mg/kg

[1] 9-Metilantraceno

[2] Antraceno, 2-metil

[3] Fenantreno, 4-metil

[4] 1H-Indeno-2 metil

[5] Fenantreno, 2,7 – dimetil

[6] 1,2,3,4, Tetrahidrofluoreno

[7] Fenantreno, 3 – metil

[8] Mercaptanas

-Outros

2

3

4

5

7

8

9H-Fluoreno, 9-Metileno

1

Sem adsorvente sólido

Ensaios com o DEC – HPAs em

amostra de asfalto

O que já descobrimos utilizando o DEC?

Exemplo de Espectro de massas de uma amostra de ligante

O que já descobrimos utilizando o DEC?

Operação em altas temperaturas

CAP 50/70 – 300ºC

O que já descobrimos utilizando o DEC?

Alguns valores obtidos em asfaltos brasileiros

Ensaios com o DEC – Acenaftileno em água

Adsorvente XAD-2

Acenaftileno (5 mg/L)

Arraste a partir da água (80 °C)

T ebul. = 280 °C

Eficiência do adsorvente:

Massa XAD-2 Acenaftileno no trap 1

0,020 g 0,48 mg/L

0,048 g 0,05 mg/L

0,074 g 0,00 mg/L

O que pretendemos com a utilização do sistema em vidro?

•Avaliar o arraste de HPAs a partir de suportes sólidos

•Determinar a cinética de adsorção dos HPAs

•Investigar o processo de transferência de massa G-S do HPA

convecção mássica forçada

Ensaios com o sistema

em vidro

XAD-2 EPU Sílica

Adsorventes

NaftalenoMassa molar: 128,18

Pressão de vapor: 10,4 Pa

Solubilidade em água: 241 mmol m-3

AntracenoMassa molar: 166,23

Pressão de vapor: 10-3 Pa

Solubilidade em água: 24,6 mmol m-3

CrisenoMassa molar: 228,30

Pressão de vapor: 5,7x10-7 Pa

Insolúvel em água

Solubilidade

diminui

Ensaios com o sistema em vidro – HPAs investigados

Ensaios com o sistema em vidro – HPAs investigados

λexc = 250,00 nm

λemm1 = 399,728 nm

λemm2 = 378,959 nm

λemm3 = 422,326 nm

λemm4 = 448,140 nm

- Antraceno

Ensaios com o sistema em vidro – HPAs investigados

y = 0.0059x + 1.0472R² = 0.9913

y = 0.0047x + 0.9918R² = 0.994

0.9500

1.0500

1.1500

1.2500

1.3500

1.4500

1.5500

1.6500

1.7500

1.8500

0 20 40 60 80 100 120 140

Ra

zão

C/C

o

Tempo, min

Sem XAD-2 Com XAD-2

y = 0.0027x + 0.9985R² = 0.9966

y = 0.0018x + 1.0056R² = 0.9938

0.9500

1.0000

1.0500

1.1000

1.1500

1.2000

1.2500

1.3000

1.3500

0 20 40 60 80 100 120 140

Ra

zão

C/C

o

Tempo, min

Sem XAD-2 Com XAD-2

0.9500

1.0500

1.1500

1.2500

1.3500

1.4500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Raz

ão C

/Co

Tempo, min

Naftaleno - XAD-2 Antraceno - XAD-2

Criseno

Ensaios com o sistema em vidro – HPAs investigados

y = 0.0025x + 1.0444R² = 0.949

y = 0.0013x + 1.0005R² = 0.9861

0.9500

1.0000

1.0500

1.1000

1.1500

1.2000

1.2500

1.3000

1.3500

1.4000

0 20 40 60 80 100 120 140

Ra

zão

C/C

o

Tempo, min

Sem sílica Com sílica

y = 0.0017x + 0.9927R² = 0.993

y = 0.0015x + 0.9944R² = 0.9842

0.9500

1.0000

1.0500

1.1000

1.1500

1.2000

1.2500

0 20 40 60 80 100 120 140

Ra

zão

C/C

o

Tempo, min

Sem sílica Com sílica

y = 0.0026x + 1.0056R² = 0.9923

y = 0.0021x + 1.0031R² = 0.9973

0.9500

1.0000

1.0500

1.1000

1.1500

1.2000

1.2500

1.3000

1.3500

0 20 40 60 80 100 120 140

Raz

ão C

/Co

Tempo, min

Sem EPU Com EPU

y = 0.002x + 0.988R² = 0.9898

y = 0.0011x + 1.005R² = 0.9545

0.9500

1.0000

1.0500

1.1000

1.1500

1.2000

1.2500

1.3000

0 20 40 60 80 100 120 140

Ra

zão

C/C

o

Tempo, min

Sem EPU Com EPU

Naftaleno - SilicaNaftaleno - EPU

Antraceno - Silica Antraceno - EPU

Como se formam os HPAs nos ligantes asfálticos?

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PIRÓLISE PIROSSÍNTESE

COMPOSTO

ORGÂNICO

30

DISTRIBUIÇÃO

ATMOSFÉRICA

PRESSÃO DE VAPOR

DISTRIBUIÇÃO AMBIENTAL

31

HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS – (HPAs)

32

33

HPAs e derivados nitrogenados e oxigenados determinados:

NHPAs:

1. 1-Nitronaftaleno

2. 1-Nitropireno

3. Phenazina

4. 9-Nitroantraceno

5. 2-Nitrofluoreno

6. Acridina

7. Quinolina

OHPAs:

1. Naftol

2. Naftaldeído

3. Hidroxifluoreno

4. Hidroxipireno

5. Fenantreno

carboxialdeído

HPAs:

1. Naftaleno

2. Acenaftileno

3. Acenafteno

4. Antraceno

5. Fenantreno

6. Benzo(b)fluoranteno

7. Benzo(k)fluoranteno

8. Indeno(1,2,3-cd)pireno

9. Dibenzo(a,h)antraceno

10.Fluoreno

11.Fluoranteno

12.Benzo(a)pireno

13.Pireno

14.Benzo(ghi)pireno

Paulo Nascimento 34

35

Como identificar e quantificar os HPAs?

36

Métodos para a determinação de HPAs, NHPAs e OHPAs:

No uso do LC/MS quatro etapas são

necessárias:

Introdução da

amostra

Produção de íons

Separação dos íons

Detecção

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Instrumentação, Reagentes e Soluções:

•Coluna cromatográfica para determinação de HPAs:

Varian modelo Pursuit 3 PAH 4,6 x 100 mm e 3 µm

•Coluna cromatográfica para determinação de NHPAs:

Poroshell modelo 120 EC-C18 3.0 x 50 mm e 2,7 µm.

•Coluna cromatográfica para determinação de OHPAs:

Zorbax modelo SB-C18 2,1 x 50 mm e 1,8 µm.

•Solventes: Acetonitrila e Metanol grau LC/MS marca

Chromasolv e água Milli-Q.

•Padrões: adquiridos das marcas Fluka e Sigma-Aldrich

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Cromatográfo Agilent Technologies 1260 Infinity com detector de massa Agilent

Technologies 6430 Triplo quadrupolo.

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MUITO OBRIGADO!!!