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VOC – Flüchtige organische Verbindungen – Worum handelt es sich?
Art, Klassen von Verbindungen und Umweltauswirkungen von VOCs
- Was sind sie? Bei der Beantwortung dieser Frage, erklären wir Ihnen die Bedeutung der VOC-Definition;
- Durch welche Verbindungsklassen zeichnen sie sich aus? Welche Molekülklassen fallen in diese Kategorie und wo werden sie eingesetzt?
- Wie verhalten sie sich in der Atmosphäre? Mit anderen Worten, welche Auswirkungen haben diese Arten auf das chemische Gleichgewicht der Atmosphäre und auf Gesundheits- und Umweltprobleme?
Was sind VOCs?
In der Definition sind die Worte “organisch” und “flüchtig” enthalten. Was versteht man unter diesen Begriffen?
Organisch: Dieses Wort zeigt, dass VOCs auf Kohlenstoffchemie (organische Chemie) basieren. Die zu untersuchenden Spezies sind durch funktionelle Gruppen (Atomsätze) charakterisiert, die ihr chemisch-physikalisches Verhalte und ihre Reaktivität bestimmen.
Flüchtig: Dieser Begriff soll verdeutlichen, dass VOCs eine ausgeprägte Tendenz zum Übergang in die Dampfphase haben. Die italienische Gesetzgebung definiert VOCs als organische Verbindungen, die sich bei einer Temperatur von 293,15 K in der Gasphase befinden oder die in der flüssigen Phase einen Dampfdruck von mehr als 0,01 kPa aufweisen. Mit anderen Worten, wenn ein Tank mit einer rein organischen Substanz in Kontakt mit der Atmosphäre bleibt (bei 20°C), wird die Substanz als VOC definiert, wenn eine Konzentration von mehr als etwa 100 ppm in der Gasphase gemessen wird.
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Zusammengefasst sind VOCs organische Moleküle, die in gasförmigen Umgebungen leicht zu finden sind. Betrachten wir gemeinsam, welche die Hauptkategorien von Molekülen sind, die unter die gegebene Definition fallen.
Durch welche Verbindungsklassen zeichnen sie sich die VOCs aus?
Vor der Unterscheidung der verschiedenen Kategorien von Molekülen, aus denen sich VOCs zusammensetzen, ist zu beachten, dass diese Moleküle aus natürlichen Quellen (biogener Ursprung), menschlichen Prozessen (anthropogener Ursprung) oder beidem stammen können.
Naturstoffe werden hauptsächlich aus Pflanzen gewonnen. Dazu gehören Methan (CH 4), das durch anaerobe Zersetzung organischer Substrate entsteht, eine Klasse von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Terpene genannt, und andere Kategorien von organischen Verbindungen wie Ester, Aldehyde, Ketone und Peroxidei.
Andererseits stammen anthropogene Verbindungen hauptsächlich aus industriellen Prozessen und Produkten. Da dies die Kategorie ist, die uns am meisten interessiert, wollen wir sie näher betrachten. Zu den VOCs, die durch menschliche Prozesse erzeugt werden, gehören:
- Aliphatische Kohlenwasserstoffe: Chemische Spezies, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten und durch Einfachbindungen miteinander verbunden
sind. Sie sind ein bedeutender Teil des Erdöls und werden in großem Umfang im Bereich der Kraftstoffe eingesetzt.
- Alkene: Kohlenwasserstoffarten mit Doppelbindungen. Sie stammen aus den Produktionsprozessen der petrochemischen Industrie und sind sehr wichtige
Zwischenprodukte für die Synthese vieler Verbindungen.
- Aromatische Kohlenwasserstoffe: Sehr stabile Moleküle, die in vielen Prozessen und Produkten verwendet werden (Farben, Lacke, Klebstoffe, Emails, Lacke….).
- Aldehyde: Teilweise oxidierte Moleküle, die in der chemischen und landwirtschaftlichen Industrie weit verbreitet sind (Fungizide, Isolatoren, Germizide, Harze, Desinfektionsmittel usw.).
- Alkohole: Alkohole werden häufig als Lösungsmittel oder Zwischenprodukte in wichtigen chemischen Prozessen eingesetzt. Sie haben in letzter Zeit im Bereich der Kraftstoffe an Bedeutung gewonnen.
- Äther: Sie werden in bestimmten Bereichen eingesetzt, wo sie als Luftschadstoffe zu finden sind. Beispielsweise wird THF (Tetrahydrofuran) als industrielles Lösungsmittel verwendet, während MTBE (Methyl-tert Butylether) als Antiklopfmittel in grünem Benzin weit verbreitet ist.
- Halogenierte organische Verbindungen: In industriellen Anwendungen werden große Mengen an Halogenderivaten eingesetzt, sowohl aliphatische als auch aromatische. Im Allgemeinen flüchtige, hydrophobe und toxische Verbindungen, die häufig als Pestizide und Kühlflüssigkeiten eingesetzt werden.
- Geschwefelte organische Verbindungen: In großem Maßstab sind diese Verbindungen kein großes Umweltproblem, sie können aber auf lokaler Ebene schädlich sein. Der Mensch produziert sie durch die Behandlung von tierischen Abfällen und Abwässern und durch Ölraffinationsprozesse.
- Organische Stickstoffverbindungen: Diese Kategorie umfasst eine große Anzahl chemischer Spezies (Amine, Amide, Nitrile….), die in einer Vielzahl von Sektoren eingesetzt werden. Dazu gehören die Produktion von Farbstoffen, die pharmazeutische Chemie, die Fotografie und die Herstellung von Kautschuk und Polymeren.
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Wie wirken sich VOCs auf die Umwelt aus?
Jetzt, da wir mit den VOCs vertraut sind und wissen welche Molekülklassen sie charakterisieren, ist es sinnvoll, ihre möglichen Auswirkungen in der Atmosphäre zu analysieren.
Generell kann man sagen, dass jeder Schadstoff eine charakteristische Dauerhaftigkeit in der Atmosphäre hat, die mit seinen chemisch-physikalischen Eigenschaften zusammenhängt. Je größer diese Zeit ist, desto mehr kann der Schadstoff durch Winde und Strömungen in die Atmosphäre abgegeben werden, was das chemische Gleichgewicht der Atmosphäre selbst verändert. Viele VOCs greifen beispielsweise in das Methangleichgewicht (CH 4 ) ein, verlängern ihr Auftreten in der Atmosphäre und tragen so zur Erhöhung des Treibhauseffekts bei.
Wichtig ist auch, dass viele VOCs für Mensch und Tier gefährlich sind. Benzol zum Beispiel ist eine krebserregende Verbindung mit hoher Flüchtigkeit. Formaldehyd ist eine weitere giftige Verbindung, die in großen Mengen hergestellt und in vielen Produktionsprozessen verwendet wird. Halogenierte Verbindungen haben auch eine hohe Flüchtigkeit und Toxizität und können sich, da sie hydrophob sind, im Körper anreichern. Auf der anderen Seite können wir bei der Untersuchung von Schwefelverbindungen feststellen, dass diese die Tendenz haben ekelerregend und unangenehm zu riechen.
Jede Chemikalie würde eine eingehende Analyse verdienen, die aber über den Zweck dieses Artikels hinausgehen würden. Wir haben gesehen, was VOCs sind, welche Klassen von Verbindungen sie charakterisieren und welche Gefahren sie für die Atmosphäre und die Lebewesen darstellen.
Wie können wir also eigreifen?
Daraus ergibt sich eine spontane Frage: Wie kann man in industrielle Prozesse eingreifen, um die Menge, der in die Atmosphäre emittierten VOCs, zu minimieren? Bei der Beantwortung dieser Frage ist es auch wichtig, die potentielle Entflammbarkeit dieser Stoffe zu berücksichtigen: Manchmal ist es notwendig, ATEX Systeme zu planen.
Trennmechanismen und Ausrüstungen für diesen Zweck werden Gegenstand eines neuen Artikels sein. Um Ihre Neugierde zu befriedigen, lade ich Sie ein, die von Tecnosida ® für diese spezielle Kategorie von Schadstoffen entwickelten Geräte sofort zu untersuchen:
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Bis bald, mit neuen interessanten Artikeln!