SMS e Energia da Cadeia Produtiva de Pavimentação Asfáltica. Estudo de Emissões Asfálticas

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1 SMS e Energia da Cadeia Produtiva de Pavimentação Asfáltica Estudo de Emissões Asfálticas IBP-RJ Outubro de 2015 Paulo Nascimento Universidade Federal de Santa Maria Departamento de Química LACHEM 1

2 Segurança - Meio ambiente - Saúde Emissões Asfálticas Hidrocarbonetos Policiclicos Aromáticos HPAs, N-HPAs e O-HPAs? Emissão Coleta (absorção, adsorção) Identificação Quantificação 2

3 16 HPAs prioritários US EPA 3

4 Segurança - Meio ambiente - Saúde (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? 4

5 Para responder essas perguntas 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 Transferência de HPAs abaixo da temperatura de ebulição Estabilidade e solubilidade de HPAs Adsorção de HPAs em substratos sólidos 5

6 Como avaliar a transferência de HPAs abaixo da temperatura de ebulição? Dispositivos de extração e arraste, traps, adsorventes... 6

7 O arraste de HPAs por um fluxo de gases foi investigado em dois sistemas diferentes DEC Vidro 7

8 DEC

9 Vidro 9

10 O que buscamos com os dois sistemas? (DEC + Vidro)?

11 Investigar 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)

12 Por quê?

13 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

14 Ensaios com o DEC

15 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

16 Ensaios com o DEC HPAs em amostra de asfalto Sem adsorvente sólido mg/kg 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 Trap 1 Fluoreno Amostra: Trap 2 Trap 3 Trap 4 Trap C 140 C 300 C 200 C

17 Ensaios com o DEC HPAs em amostra de asfalto [1] 9-Metilantraceno [2] Antraceno, 2-metil [3] Fenantreno, 4-metil [4] 1H-Indeno-2 metil [5] Fenantreno, 2,7 dimetil [6] mg/kg 1,2,3,4, Tetrahidrofluoreno [7] 0,008 Fenantreno, 3 metil [8] Mercaptanas -Outros 0,007 9H-Fluoreno, 9-Metileno Sem adsorvente sólido 0,006 0, , , ,002 0,001 0 Trap 1 Trap 2 Fluoreno Amostra: Trap 3 4 Trap 4 Trap C 200 C 175 C 140 C

18 O que já descobrimos utilizando o DEC? Exemplo de Espectro de massas de uma amostra de ligante

19 O que já descobrimos utilizando o DEC? Operação em altas temperaturas CAP 50/70 300ºC

20 O que já descobrimos utilizando o DEC? Alguns valores obtidos em asfaltos brasileiros

21 Ensaios com o DEC Acenaftileno em água Adsorvente XAD-2 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 Acenaftileno (5 mg/l) Arraste a partir da água (80 C) T ebul. = 280 C

22 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

23 Ensaios com o sistema em vidro Adsorventes XAD-2 EPU Sílica

24 Ensaios com o sistema em vidro HPAs investigados Naftaleno Massa molar: 128,18 Pressão de vapor: 10,4 Pa Solubilidade em água: 241 mmol m -3 Solubilidade diminui Antraceno Massa molar: 166,23 Pressão de vapor: 10-3 Pa Solubilidade em água: 24,6 mmol m -3 Criseno Massa molar: 228,30 Pressão de vapor: 5,7x10-7 Pa Insolúvel em água

25 - Antraceno Ensaios com o sistema em vidro HPAs investigados λ exc = 250,00 nm λ emm1 = 399,728 nm λ emm2 = 378,959 nm λ emm3 = 422,326 nm λ emm4 = 448,140 nm

26 Razão C/Co Razão C/Co Razão C/Co Ensaios com o sistema em vidro HPAs investigados Sem XAD-2 Com XAD Sem XAD-2 Com XAD Naftaleno - XAD Antraceno - XAD y = x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = Tempo, min Tempo, min Criseno Tempo, min

27 Razão C/Co Razão C/Co Razão C/Co Razão C/Co Ensaios com o sistema em vidro HPAs investigados Sem sílica y = x R² = Com sílica Naftaleno - Silica y = x R² = Sem EPU y = x R² = Com EPU Naftaleno - EPU y = x R² = Tempo, min Tempo, min Sem sílica Com sílica Sem EPU Com EPU Antraceno - Silica Antraceno - EPU y = 0.002x R² = y = x R² = y = x R² = y = x R² = Tempo, min Tempo, min

28 Como se formam os HPAs nos ligantes asfálticos?

29 COMPOSTO ORGÂNICO PIRÓLISE PIROSSÍNTESE 29

30 DISTRIBUIÇÃO AMBIENTAL DISTRIBUIÇÃO ATMOSFÉRICA PRESSÃO DE VAPOR 30

31 HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS (HPAs) 31

32 32

33 33

34 HPAs e derivados nitrogenados e oxigenados determinados: 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 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 Paulo Nascimento 34

35 Como identificar e quantificar os HPAs? 35

36 Métodos para a determinação de HPAs, NHPAs e OHPAs: No uso do LC/MS quatro etapas são necessárias: Introdução da amostra Separação dos íons Produção de íons Detecção 36

37 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-C 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 37

38 Cromatográfo Agilent Technologies 1260 Infinity com detector de massa Agilent Technologies 6430 Triplo quadrupolo. 38

39 39

40 40

41 MUITO OBRIGADO!!!