نقش ترکیبات آلی فرار (VOC) در آلودگی هوا

نقش ترکیبات آلی فرار (VOC) در آلودگی هوا

نویسنده: فرناز قاضی کیانی

    ترکیبات آلی، ترکیباتی هستند که دارای کربن و هیدروژن باشند. این ترکیبات در بدن تمامی موجودات زنده یافت می شود. بیشتر ترکیبات آلی که مورد استفاده قرار می گیرند ساخته دست بشر هستند. بعضی از این ترکیبات به صورت مایع وجود دارند و برای ایجاد بخار به یک مرحله اضافی مانند گرم شدن یا سرد شدن احتیاج دارند. این دسته از مواد آلی، ترکیبات پایدار هستند. گروهی دیگر از ترکیبات آلی ناپایدارند و گروهی دیگر به ترکیبات آلی فرّار معروفند. یک ترکیب آلی در صورتی فرّار نامیده می شود که یک بخار (گاز) در دمای متعادل محیط و فشار نرمال اتمسفر بوجود آورد. برخی از این بخارات در صورت استنشاق بیش از اندازه، خطرناک هستند.
    بعضی از ترکیبات آلی فرّار موجب جلوگیری از رشد طبیعی گیاهان می شوند و گروهی دیگر از ترکیبات آلی و فرّار باعث تشکیل اُزن و مه دود (Smog) می شوند.
    به طور معمول این ترکیب در طبیعت یافت می شود ولی ورود مقادیر زیاد VOC به اتمسفر پایینی (هوای نزدیک به ما) باعث بوجود آمدن مقادیری اُزن خطرناک می شود. اُزن در اتمسفر بالایی، یک لایه مهم محسوب می شود که زمین را از آسیب های اشعه ماورای بنفش خورشید محافظت می کند. به طور کلی اُزن در اتمسفر نزدیک زمین یک ترکیب خطرناک است که با سایر ترکیبات موجود در هوا ترکیب شده و موجب تشکیل »مه دود« می شود.
    »مه دود« شبیه ابر قهوه ای رنگ ناخوشایندی است که در اطراف بیشتر شهرها معلق است و باعث بروز بیماریهای تنفسی و قلبی شده و به محیط زیست آسیب می رساند.
    بهترین راه برای پیشگیری از افزایش اُزن و ایجاد مه دود، جلوگیری از پخش مواد آلی فرّار در محیط زیست است.
    
    تعریف آلاینده های خطرناک هوا (HAPs)
    یک آلاینده خطرناک، ترکیب آلی فرّاری است که نسبت به سایر ترکیبات، خواصِ زیانبار بیشتری دارد، به بیانی دیگر آثار زیانبار ترکیبات HAP خیلی شدیدتر از ترکیبات VOCs است. بر اساس تحقیقات انجام شده در امریکا، ترکیبات (HAPs) در سال باعث هزاران مورد مرگ سرطانی می شود. همچنین این مواد باعث بروز نقص های مادر زادی در نوزادان و اختلال در سیستم عصبی مرکزی می شوند. چنانچه این ترکیبات به طور تصادفی، در حجم زیاد، وارد هوا شوند منجر به مرگ خواهند شد. این ترکیبات به محیط زیست نیز آسیب های جدی می رسانند.
    خوشبختانه اکسیداسیون ترکیبات VOC و HAP ، آثار مخرب شدید آنها را از بین می برد.
    
    اکسیداسیون ترکیبات HAPs و VOCs
    اکسیداسیون باعث می شود که ترکیبات آلایندة هوا شکسته شده و دوباره به صورت ترکیبات بی ضرر درآیند. واکنش اکسیداسیون هیدروکربنها که در حضور گرما و اکسیژن انجام می شود به صورت زیر است:
    
    CnH2m+(n+m/2)O2=>nCo2+H2O+Heat
    این ترکیبات در واکنشهای اکسیداسیون گرمایی هوای آلوده، گرم و شکسته می شوند، سپس دوباره پیوند تشکیل داده و به صورت ترکیبات بی ضرر دی اکسیدکربن و بخار آب درآمده و مقداری انرژی آزاد می شود. در طی واکنشهای کاتالیزوری، اکسیداسیون ترکیبات آلاینده موجود در هوا با یک کاتالیزور (مانند پلاتین، پالاریم، رودیم و غیره) واکنش می دهند که این واکنش باعث شکسته شدن آسانتر پیوندهای این ترکیبات می شود.
    این مکانیسم یعنی شکستن ترکیبات
    زیان آور به ترکیبات بی ضرر و آزاد سازی مقداری انرژی، اساس تمام روشهای اکسیداسیون است. اکسیداسیون گرمایی برای شکسته شدن ترکیبات به گرمای زیادی نیاز دارد، در نتیجه برای تامین این دماها مقادیر بالایی سوخت لازم است که تامین این مقدار سوخت خود هزینه بالایی در بردارد. استفاده از کاتالیزور در این واکنش باعث کاهش هزینه یاد شده می شود.
    روش اکسیداسیون مناسب ترین روش برای کنترل آلودگی هوا است و برای انجام آن موارد زیر ضرروی است:
    
    دما: بسته به نوع ماده آلی فرّار (VOC) که باید از بین برود، دمای خاصی مورد نیاز است، تا آن ماده بتواند اکسید شود.
     زمان: میزان زمان لازم بستگی به این دارد که یک ترکیب چه مدت زمانی لازم دارد تا در یک دمای خاص اکسیده شود. برای مثال بنزن به دمای227 درجه سانتیگراد و سکون24 صدم ثانیه زمان، نیاز دارد تا99 درصد آن توسط یک اکسیداسیون کاتالیزوری از بین برود.
    اما در یک اکسیداسیون گرمایی، برای تخریب99 درصد بنزن به دمای794 درجه سانتیگراد و زمان سکون1 ثانیه نیاز داریم.
    گردش هوا: شرایط ثابتی است که برای هر دستگاه طراحی می شود و سوختن مخلوط مناسبی از VOC و اکسیژن را تضمین می کند.
    بنابراین کنترل ترکیبات VOC زمانی محقق خواهد شد که واکنش اکسیداسیون کامل VOC با ترکیب مخلوط مناسبی از اکسیژن و مواد آلاینده در مدت زمان مناسب انجام شود.
    منبع:
    Anguil Environmental System Introduction to Pollution Control