Evaluation of aromatic hydrocarbon emissions and their derivatives from asphalt cements

Autor: Cargnin, Rejane Secretti
Přispěvatelé: Nascimento, Paulo Cícero do, Carvalho, Leandro Machado de, Leite, Leni Figueiredo Mathias, Cravo, Margareth Carvalho Coutinho, Kunz, Simone Noremberg
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)
instacron:UFSM
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Asphalt is a product of petroleum, basically consisting of hydrocarbons, which may contain heteroatoms such as sulfur, oxygen and nitrogen in their structure. In the application of asphalt on a road bed, it is subjected to heating in order to reduce viscosity and facilitate handling. In this process, the volatile organic compounds (VOCs) of the asphalt composition, are emitted in the gaseous phase (asphalt fumes), exposing workers to occupational risk, which is one of the main sources that are aggravating and harmful to workers' health. In this context, the objective of this work is to evaluate the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and their sulfur derivatives (PASHs), oxygenated (OPAHs) and nitrogen (NPAHs) in asphalt fumes. For the study of emissions, asphalt samples from three refineries in Brazil were evaluated, in addition to a sample modified by Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) polymer, at temperatures of 130 ºC, 160 ºC and 200 °C. To promote the emission of compounds present in the samples, an Extraction and Collection Device (ECD) was used. For the analysis of the emitted compounds, the technique of High Performance Liquid Chromatography with diode array detection (HPLC-DAD) was used. To quantify the PASHs, a chromatographic method for the separation of 28 PASHs was developed and their analytical characteristics were evaluated. As well as a method for separating 5 OPAHs and 5 NPAHs by HPLC-DAD. The developed methodologies showed good precision and accuracy, and the detection and quantification limits were low, considering the concentration found in the emissions. Using the aforementioned analytical methodologies, the samples were characterized and presented at least 33 of the 54 compounds within the scope of this study. The emission is highly dependent on the heating temperature of the asphalt. An increase in asphalt application temperature leads to a higher concentration of emitted compounds. Furthermore, compounds of higher molecular weight were only detected at higher temperatures of the asphalt mass, while those with lower molecular weights are easily detached from the asphalt mass and released into the environment. As a result, more compounds could be detected from asphalt fumes generated at 200 ºC and 160 °C compared to those generated at 130 °C. The results obtained indicate that even at temperatures below their boiling points the compounds can be emitted. The asphalt source also significantly affects the compounds and the amount emitted. There is a strong predominance of PAHs in emissions followed by PASHs and OPAHs for Petroleum Asphalt Cements CAP 1, CAP 2 and CAP 3, without the presence of NPAHs in these asphalt matrices. The CAP 4 sample behaves a little differently from the others. The emission of PAHs is equally dominant, however, in relation to quantification, for this sample OPAHs predominate in relation to PASHs. Still, there is the contribution of NPAHs in the emissions of this sample. O asfalto é um produto do petróleo, constituído basicamente de hidrocarbonetos, os quais podem conter em sua estrutura heteroátomos como enxofre, oxigênio e nitrogênio. Na aplicação do asfalto em leito rodoviário, este é submetido a aquecimento a fim de reduzir a viscosidade e facilitar o manuseio. Neste processo, os compostos orgânicos voláteis (COVs) da composição do asfalto são emitidos na fase gasosa (fumos de asfalto), expondo os trabalhadores ao risco ocupacional, sendo esta, uma das principais fontes agravantes e prejudiciais à saúde dos trabalhadores. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar a presença dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) e seus derivados sulfurados (SHPAs), oxigenados (OHPAs) e nitrogenados (NHPAs) em fumos de asfalto. Para o estudo das emissões, foram avaliadas amostras de asfalto oriundas de três refinarias do Brasil, além de uma amostra modificada por polímero Estireno-Butadieno-Estireno (SBS), nas temperaturas de 130 ºC, 160 ºC e 200 °C. Para promover a emissão dos compostos presentes nas amostras, foi utilizado um Dispositivo de Extração e Coleta (DEC). Para a análise dos compostos emitidos utilizou-se a técnica de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência com detecção por arranjo de diodos (HPLC-DAD). Para quantificação dos SHPAs um método cromatográfico para a separação de 28 SHPAs foi desenvolvido e suas características analíticas avaliadas. Assim como, um método para separação de 5 OHPAs e 5 NHPAs por HPLC-DAD. As metodologias desenvolvidas apresentaram boa precisão e exatidão, e os limites de detecção e quantificação foram baixos, considerando a concentração encontrada nas emissões. Utilizando as metodologias analíticas mencionadas, as amostras foram caracterizadas e apresentaram pelo menos 33 dos 54 compostos do escopo desse estudo. A emissão é altamente dependente da temperatura de aquecimento do asfalto. Um aumento da temperatura de aplicação do asfalto acarreta em maior concentração de compostos emitidos. Ainda, compostos de maior massa molecular só foram detectados em temperaturas mais altas da massa asfáltica, enquanto aqueles de menores massas moleculares são facilmente desprendidos da massa de asfalto e liberados no ambiente. Com isso, mais compostos puderam ser detectados a partir de fumos de asfalto gerados a 200 ºC e 160 °C em comparação com aqueles gerados a 130 °C. Os resultados obtidos indicam que mesmo em temperaturas abaixo de seus pontos de ebulição os compostos podem ser emitidos. A fonte de asfalto também afeta significativamente os compostos e a quantidade emitida. Há forte predominância dos HPAs nas emissões, seguida dos SHPAs e OHPAs para os Cimentos Asfálticos de Petróleo CAP 1, CAP 2 e CAP 3, não havendo a presença de NHPAs nestas matrizes asfálticas. O CAP 4 apresenta um comportamento um pouco diferente dos demais. Sendo igualmente dominante a emissão dos HPAs, no entanto, em relação a quantificação, para esta amostra os OHPAs predominam em relação aos SHPAs. Ainda, há a contribuição de NHPAs nas emissões desta amostra.
Databáze: OpenAIRE
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