UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

LABORATORIO DE QUÍMICA AMBIENTAL 2

NOMBRE: Daniela Maldonado FECHA DE ENTREGA: 08/02/2015

DÍA Y HORA: Martes 13h00 -15h00

TEMA: Compuestos Orgánicos Volátiles. Benceno, tolueno, xileno OBJETIVOS:

Escoger el sitio de muestreo que se crea que contiene una cantidad considerable de COVs.

Recoger una cierta cantidad de gas problema, mediante adsorción en carbono activado.

Mediante cromatografía de gases determinar los compuestos orgánicos volátiles (BTX) presentes en la muestra.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Benceno, Tolueno y Xileno BTX

Existen dos grandes grupos de hidrocarburos involucrados en la contaminación urbana, los compuestos orgánicos volátiles COV y los hidrocarburos policíclicos aromáticos PAH. Los VOC se encuentran ligados a las emisiones de los escapes de automóviles, como resultado de combustiones incompletas de las gasolinas, tambien resultan de las emisiones de disolventes, y de las mismas gasolinas en sus procesos de transporte y distribución a las estaciones de servicio ( ej. cuando rellenamos el depósito de gasolina de nuestro vehículo emitimos si el depósito esta vacio su equivalente en volumen de vapor de gasolina ). El benceno y el 1.3 butadieno son particularmente importantes como agentes peligrosos para la salud. Otros COV son importantes por la función que desempeñan en la formación fotoquímica del ozono en la baja atmósfera.

El Benceno es un hidrocarburo aromático, constituyente minoritario de las gasolinas (±2% en volumen ). La mayor fuente del benceno presente en las atmósferas urbanas de las ciudades europeas procede en su mayor parte de las emisiones que se generan en la distribución y venta de las gasolinas y en segundo lugar de la combustión incompleta de estas gasolinas en los motores de los automóviles tambiés de la evaporación de los depósitos de estos. El benceno es emitido en los gases de escape no solo como un residuo de gasolina sin quemar sino tambien como subproducto procedente de la descomposición térmica de otros hidrocarburos aromáticos.

El Benceno en la Atmósfera constituye un riesgo importante para la salud de las personas, por esta causa la Unión Europea ha establecido una regulación a través de una Directiva de obligado cumplimiento cuyo objetivo es lograr una reducción de las emisiones de este contaminante a la atmósfera y consecuentemente reducir la exposición de la población a este compuesto químico.

El Tolueno procede en las ciudades de las emisiones generadas por el funcionamiento de los motores de gasolina y diesel. Puede ser emitido tambien a la atmósfera como consecuencia de la manipulación de productos que lo contengan como pinturas, disolventes, etc. Una vez en la atmósfera, este compuesto presenta una reactividad elevada y participa en diferentes mecanismos fotoquímicos, teniendo una influencia notable en los procesos de formación del ozono. Las estratégias de control y reducción de las emisiones de tolueno a la atmósfera implican el uso en proporciones elevadas de compuestos oxigenados dentro de la formulación de las gasolinas.

La Agencia Ambiental Americana ha calificado al Tolueno como no sospechoso de causar cancer en las personas a partir de dos estudios epidemiológicos donde no se detectó un incremento significativo a padecer cancer como resultado de la inhalación del tolueno. Sin embargo si se observan de forma crónica otro tipo de resultados toxicológicos cuando se producen exposiciones agudas aunque durante un corto espacio de tiempo o en exposiciones a bajas concentraciones durante largos períodos de tiempo. Los síntomas más habituales a estas exposiciones estan formados por sueño, dolor de cabeza y nauseas que son siempre reversibles una vez desaparece la exposición al contaminante.

Los Xilenos (Orto, Meta y Para Xileno) proceden en las atmósferas urbanas de la combustión incompleta de las gasolinas y en los vehículos dotados de catalizador aparece como consecuencia de daño o destrucción de este como resultado de su agotamiento o envenenamiento por otros agentes contaminantes.

Como en el caso del Tolueno la Agencia Ambiental Americana ha descartado a estos compuestos como causantes de carcinogénesis en las personas aunque si es un compuesto tóxico capaz de dar lugar a otro tipo de afecciones sobre la salud de las personas. La inhalación de mezclas de xilenos provocairritación del tracto respiratorio y gastrointestinal con nauseas, vómitos y otro tipo de efectos neurológicos. Los estudios toxicológicos realizados en animales, concluyen que la exposición continuada a mezclas de xilenos origina efectos nocivos sobre el desarrollo fetal, condaños sobre el desarrollo esquelético, retraso en la osificación, reducción del tamaño fetal con hemorrágias internas, y/o disminución del espesor y capacidad de fijación del calcio en la cáscara de los huevos en aves.

(RCCAVA, 2010)

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son contaminantes del aire y cuando se mezclan con óxidos de nitrógeno, reaccionan para formar ozono (a nivel del suelo o troposférico). La presencia de concentraciones elevadas de ozono en el aire que respiramos es muy peligrosa.

También participan activamente en numerosas reacciones, en la troposfera y en la estratosfera, contribuyendo a la formación del smog fotoquímico y al efecto invernadero. Los COV se liberan durante la quema de combustibles, como gasolina (el transporte es una de las principales fuentes de emisión de COV), madera, carbón o gas natural y también desde disolventes, pinturas, adhesivos, plásticos, aromatizantes y otros productos empleados en procesos industriales. La tabla siguiente muestra la calcificación de estos compuestos:

Los efectos de los compuestos orgánicos volátiles para la salud pueden variar mucho según el compuesto y comprenden desde un alto grado de toxicidad hasta ausencia de efectos conocidos. Esos efectos dependerán de la naturaleza de cada compuesto y del grado y del período de exposición al mismo.

(ISTAS, 2010)

PRINCIPIO: Adsorción de Gases en carbón activado. La adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para quitar una sustancia soluble del agua o también de una matriz gaseosa. En este proceso el carbón activo es el sólido, que se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal. Las moléculas a partir de la fase del gas o del líquido serán unidas de una manera física a una superficie, en este caso la superficie es de carbón activo. El proceso de la adsorción ocurre en tres pasos:

Macro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del macro-poros del carbón activo (macro-poros > 50nm)

Micro transporte : El movimiento del material orgánico a través del sistema del micro-poros del carbón activo (microporo < 2nm; meso-poro 2-50nm)

Absorción: La adhesión física del material orgánico en la superficie del carbón activo en los meso-poros y micro-poros del carbón activo.

El nivel de actividad de la adsorción se basa en la concentración de la sustancia en el agua, la temperatura y la polaridad de la sustancia. Una sustancia polar no puede ser eliminada o es malamente eliminada por el carbón activo, una sustancia no polar puede ser totalmente eliminada por el carbón activo. Cada clase de carbón tiene su propia isoterma de adsorción y en el campo del tratamiento de aguas esta isoterma viene definida por la función de Freundlich.

𝑥

𝑚= 𝐾𝑓𝐶𝑒

1𝑛⁄

x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbón activo Ce = diferencia de concentración (entre antes y después) Kf, n = constantes específicas.

(LENNTECH)

PROCEDIMIENTO:

Escoger un lugar donde existan altas emisiones de estos COV para realizar el muestreo.

En este caso se escogió el laboratorio de síntesis orgánica.

Para recoger la muestra se utilizó un tubo de adsorción con carbono, el mismo que estaba acoplado a una bomba de vacío.

Se muestreo por aproximadamente una hora en el lugar elegido que haya sido elegido.

ESQUEMA DEL EQUIPO:

Imagen 1.Tubo de adsorción con carbono.

MATERIALES Y REACTIVOS:

Materiales

Tubo de adsorción con carbono

Bomba de vacío

Cromatógrafo de gases

OBSERVACIONES:

En el lugar de muestreo (laboratorio síntesis orgánica) en el momento no se distinguía un olor característico de COVS en el ambiente.

Un inconveniente que se tuvo es que el compresor genero tanto vacío que extrajo o absorbió las partículas de carbono hacia su interior, al detectar este inconveniente se procedio a regular el compresor.

Luego de adsorbidos los gases dentro del tubo se notó un cambio de color en la superficie del carbono.

CONCLUSIONES:

Se escogió como sitio de muestreo fue el laboratorio síntesis orgánica de la facultad de Ciencias Químicas, ya que en este sitio se utilizan diversos solventes orgánicos para la realización de las prácticas.

Se logró adsorber COVs en los tubos, ya que estos tuvieron un ligero cambio de color en su superficie.

No se logró determinar ni cuantificar los compuestos orgánicos volátiles que se hayan recogido en los tubos de adsorción.

DISCUSIONES:

No se logró cuantificar los gases recogidos en los tubos de adsorción, ya que no se tuvo la disponibilidad del cromatógrafo de gases.

La elevada capacidad de eliminación de sustancias contaminantes de matrices gaseosas y liquidas se debe a la alta superficie interna que posee el carbón activado, si bien porosidad y distribución de tamaño de poros juegan también un papel importante. En general, los microporos (tamaño inferior a 2nm) le confieren la elevada superficie y capacidad de retención, mientras que los mesoporos (tamaño comprendido entre 2-50nm) y macroporos (tamaño>50nm) son necesarios para retener moléculas de gran tamaño, como pueden ser colorantes o coloides, y para favorecer el acceso y la rápida difusión de las moléculas a la superficie interna del sólido.

Bibliografía

(s.f.).

Douglas, S. (2005). Cromatografía de Gases. En S. Douglas, Fundamentos de Química

Analítica (pág. 959). México: Thompson.

ISTAS. (Julio de 2010). Recuperado el 8 de Febrero de 2015, de

http://www.istas.net/risctox/index.asp?idpagina=621

LENNTECH. (s.f.). LENNTECH. Recuperado el 8 de Febrero de 2015, de

http://www.lenntech.es/adsorcion-carbon-activado.htm

RCCAVA. (2010). Contaminantes controlador po la red. Recuperado el 8 de Febrero

de 2015, de http://www10.ava.es/rccava/03contaminantes6.html