Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tính chất hóa lý của BTEX BTEX là cụm từ viết tắt của benzen, toluen, etylbenzen, xylen. BTEX có trong thành phần của nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong. BTEX phát tán ra không khí có trong khói thải của động cơ xe và từ các bình chứa nhiên liệu.
BTEX là những chất nguy hiểm tham gia vào các phản ứng quang hoá và tạo ra các sản phẩm phụ như là ozon, peroxyaxetyl nitrat, các gốc tự do và nitơ oxit. Theo các nghiên cứu độc học, BTEX là các hợp chất kích thích và gây hại cho hệ thần kinh. Phân tử BTEX có chứa một vòng thơm, hình 1 [2]. Benzen Toluen Etylbenzen o,m,p-Xylen Hình 1.
Công thức cấu tạo của BTEX Benzen là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, ít tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ, được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp [20]. Toluen là chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi gần giống benzen, không tan trong nước, rất dễ cháy. Toluen được ứng dụng trong sản xuất sơn, pha loãng sơn, nước làm bóng móng tay, sơn mài, keo dính, cao su, in ấn, thuộc da, dùng làm dung môi hoà tan nhiều loại vật liệu [21]. Etylbenzen là chất lỏng, không màu, có mùi giống xăng dầu, bay hơi ở nhiệt độ thường, dễ cháy nổ [13].
Xylen là chất lỏng không màu, mùi đặc biệt của dung môi thơm, không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi không phân cực, dễ cháy. Xylen được ứng dụng làm dung môi trong ngành in, cao su, công nghiệp da, pha loãng sơn, vecni, công nghiệp xơ tổng hợp, thành phần trong lớp phủ ngoài của vải và giấy [14]. Có ba đồng phân của xylen trong đó các nhóm metyl khác nhau trên vòng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com benzen gồm: octho-xylen, meta-xylen và para-xylen (o,m,p-xylen). Xylen còn được gọi là xylol hoặc dimetylbenzen.
Xylen chủ yếu là một hóa chất tổng hợp. Tính chất vật lý của BTEX được trình bày trong bảng 1 [6], [11]. Tính chất vật lý của BTEX Xylen STT Đặc tính Benzen Toluen Etylbenzen (o,m,p-xylen) 1 Công thức C6H6 C6H5CH3 C6H5C2H5 CH3C6H4CH3 phân tử 2 Khối lượng 87,12 92,15 106,17 106,17 phân tử (gam/mol) 3 Điểm sôi (oC) ở 80,1 110,6 136,2 144,5/139,1/138,4 760 mmHg 4 Điểm nóng chảy 5,5 -95 -95 -25,2/-47,8/13,2 (oC) 5 Tỷ trọng(g/cm3) 0,8765 0,8669 0,8670 0,88/0,864/0,861 6 Độ phân cực 3,0 2,3 - 2,4 7 Tính trộn lẫn Không Không - Không với nước 8 Hệ số K’H 0,225 0,224 - 0,232-0,248 (ở 25oC) 9 Một số tính chất Là hợp chất không màu, ở điều kiện bình thường tồn tại chung dạng lỏng, dễ cháy, có mùi đặc trưng của Hiđrocacbon thơm, tan trong ancol, clorofom, ete, cacbonđisunfua, axeton,…. Ghi chú: “-”: không có số liệu 1.
Nguồn phát sinh BTEX trong môi trường - Nguồn tự nhiên 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Benzen được phát hiện và phân lập từ hắc ín từ những năm 1800, phát thải khí từ núi lửa, cháy rừng cũng góp phần đáng kể benzen vào môi trường. Benzen có trong dầu thô, xăng dầu và khối thuốc lá [20]. Toluen phát sinh trong tự nhiên từ dầu thô và cây tolu [21]. Etylbenzen trong tự nhiên được tìm thấy có trong dầu thô [13].
Xylen trong tự nhiên có trong dầu mỏ, nhựa than đá và hình thành trong quá trình cháy rừng ở mức độ nhỏ [14]. - Nguồn nhân tạo Benzen được tạo ra chủ yếu từ dầu mỏ, được sử dụng trong công nghệ sản xuất một số loại cao su, dầu nhờn, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc bảo vệ thực vật. Benzen hiện diện trong không khí là do đốt than đá, dầu, khí thải từ phương tiện giao thông, các trạm xăng và khói thuốc lá [20]. Khói thải của các phương tiện giao thông được ước tính là nguồn phát thải benzen nhân tạo lớn nhất trên thế giới.
Khói thuốc lá cũng là nguồn cung cấp benzen đáng kể. Trung bình 1 điếu thuốc lá thải ra từ 6-73 µg benzen [4]. Benzen được tìm thấy ở những gia đình có người hút thuốc lá là 16µg/m3 cao hơn tại những gia đình không có người hút thuốc lá là 9,2 µg/m3. Lượng benzen tại những nơi tập trung người hút thuốc lá như là các quầy bar ở Mỹ có thể từ 26 đến 36 µg/m3 [4].
Toluen được thêm vào trong quá trình sản xuất xăng dầu và các nhiên liệu khác từ dầu thô, quá trình sản xuất than cốc từ than đá và là một sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất styren. Toluen được dùng làm chất pha loãng sơn, đánh bóng móng tay, sơn mài, chất kết dính, cao su và trong một số quy trình in ấn và thuộc da sơn. Toluen nhiễm vào nguồn nước mặt và nước ngầm do sự cố tràn dầu, rò rỉ kho dung môi, rò rỉ từ các bể chứa xăng dầu ở các trạm xăng dầu [21]. Một số quốc gia sản xuất etylbenzen như Mỹ, Trung Quốc,.
Etylbenzen ứng dụng trong sản xuất styrene dùng làm monome để sản xuất nhựa polystyren, nó được tổng hợp từ benzen và etylen với xúc tác axit. Một số sản phẩm có chứa etylbenzen: xăng dầu, sơn, mực, thuốc bảo vệ thực vật, vani, thuốc lá,. Khí thải từ phương tiện giao thông cũng là nguồn đóng góp etylbenzen vào không khí [13]. Xylen phát sinh trong môi trường từ sản xuất công nghiệp: làm bao bì, đóng tàu, các ngành sản xuất có sử dụng xylen.
Một lượng khá lớn xylen vào môi trường do sự rò rỉ của các kho chứa và bãi chôn chất thải công nhiệp. Một 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lượng nhỏ trong nhiên liệu dùng cho máy bay và xăng dầu. Khí thải do phương tiện giao thông cũng đóng góp một lượng xylen trong môi trường không khí [14]. Hình thái và chuyển hóa của BTEX trong môi trường 1.
Benzen Benzen trong nước và đất phân hủy chậm, ít tan trong nước, có thể đi qua lớp đất vào nước ngầm. Benzen từ bề mặt nước và đất có thể bốc hơi vào trong không khí. Khi ở trong không khí, benzen phản ứng với các chất khác và phân hủy trong vòng vài ngày. Benzen trong không khí có thể lắng đọng trở lại bề mặt đất do mưa hoặc tuyết.
Trong môi trường, benzen không tích tụ trong thực vật. Benzen qua một số biến đổi và chuyển hóa bởi các phản ứng khác nhau trong môi trường [20]. Các sản phẩm biến đổi trong môi trường không khí được thể hiện trong hình 2: Hình 2. Hình thái và chuyển hóa của benzen trong không khí Benzen trong không khí chủ yếu tồn tại ở giai đoạn bay hơi.
Quá trình chuyển hóa chủ yếu của benzen là phản ứng của nó với gốc hydroxyl khí quyển. Benzen cũng có thể phản ứng với các gốc oxy hóa khác trong khí quyển như gốc nitrat và ozon, tuy nhiên tỷ lệ chuyển hóa được coi như không đáng kể so với tốc độ phản ứng với gốc hydroxyl. Sự quang hóa của benzen trong nitơ dioxit trong hệ thống không khí hình thành phenol, nitro benzen, glyoxal, fomandehit, 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com andehit maleic. Trong sự hiện diện của NOx và SO2 tỷ lệ chuyển hóa quang hóa của benzen trong pha khí là lớn hơn so với chỉ có không khí.
Các sản phẩm của benzen với NOx như: NO, o-; p-nitrophenol và 2,4-; 2,6-dinitrophenol có thể ảnh hưởng tiêu cực với sức khỏe con người. Tuy nhiên các sản phẩm này thời gian tồn tại trong không khí tương đối ngắn. Sự quang phân trực tiếp của benzen trong không khí là ít có khả năng bởi không khí có thể lọc ra bước sóng ánh sáng <290 nm và benzen không hấp thụ bước sóng >260 nm [20]. Toluen Toluen trong nước và đất bay hơi vào trong không khí hoặc bị phân hủy thành những chất khác.
Toluen có thể tích tụ sinh học trong cá, sò, thực vật và động vật sống trong nước có nhiễm toluen. Tuy nhiên, toluen không tích tụ đến hàm lượng cao vì hầu hết các loài động vật có thể chuyển hóa nó thành những hợp chất khác và bài tiết ra ngoài [21]. Toluen trong khí quyển bị phân hủy nhanh bởi phản ứng với các gốc hydroxyl, quá trình phân chia hình thành các hydrocacbon đơn giản. Toluen cũng bị oxy hóa bởi phản ứng với NO, oxy và ozon, nhưng tỷ lệ các phản ứng này với cường độ thấp hơn so với gốc hydroxyl [21].
Etylbenzen Etylbenzen thường được tìm thấy trong không khí. Etylbenzen từ đất và nước dễ dàng đi vào không khí hoặc nhiễm vào nguồn nước ngầm. Trong không khí etylbenzen bị phá vỡ trong vòng chưa đầy ba ngày dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Trong nước mặt (như sông ngòi và đại dương), etylbenzen sẽ bị phá vỡ và tạo phản ứng với một số chất khác hiện diện trong nước.
Trong đất, etylbenzen sẽ bị phân hủy bởi vi sinh vật trong đất [13]. Xylen Hầu hết lượng xylen trong đất và nước (ngoại trừ nước ngầm) dễ bị bay hơi vào không khí, sau đó dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời sẽ bị phân hủy và kết kợp với các hóa chất có hại khác. Chính vì lí do này, xylen ít khi được tìm thấy trong lớp đất mặt và nước mặt trừ khi nguồn thải liên tục thải ra mà xylen chưa kịp phân hủy. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Một lượng nhỏ xylen sẽ nhiễm vào thực vật, cá và chim.
Xylen trong lớp đất mặt có thể ngấm vào đất và di chuyển vào tầng nước ngầm. Xylen có thể tồn tại trong nước ngầm một tháng trước khi phân hủy [14]. Tác động của BTEX đến môi trường BTEX là các hợp chất dễ bay hơi nên dễ phát tán trong không khí. Ở nồng độ cho phép, BTEX không gây hại cho môi trường, nhưng ở nồng độ cao sẽ gây ra những tác động đáng kể đến môi trường.
Nếu BTEX đi vào môi trường do đổ vở hoặc rò rỉ từ các thùng chứa sẽ gây hại đến hệ sinh thái. BTEX hiện diện trong không khí sẽ phản ứng với một số chất ô nhiễm khác làm tăng tính độc hại đối với môi trường. Đặc biệt, BTEX có liên quan đến việc hình thành ozon (là chất oxy hóa mạnh tạo ra nhiều chất ô nhiễm khác) làm tăng hàm lượng ozon trong không khí, tham gia các phản ứng quang hóa hình thành sương mù quang hóa. Ngoài ra, trong không khí BTEX còn tham gia phản ứng tạo gốc tự do, hình 3 [10]: Hình 3.
Phản ứng tạo gốc tự do của Toluen với các chất ô nhiễm khác trong không khí 1. Tác động của BTEX đến sức khỏe con người Con người tiếp xúc với BTEX có thể do ăn uống (nước nhiễm BTEX), hít phải (tiếp xúc với BTEX trong không khí), hoặc hấp thụ qua da. Phơi nhiễm cấp tính với mức độ cao của xăng dầu và các thành phần có chứa BTEX tác động lên da và kích thích giác quan, hệ thần kinh trung ương và những ảnh hưởng đến hệ hô hấp.