Летучие органические соединения

Примерное время чтения: 7 мин.

Загрязнение воздуха является одной из самых острых экологических проблем в мире. С каждым годом количество летучих органических соединений, выбрасываемых в атмосферу, растет, что приводит к серьезным последствиям для здоровья человека и окружающей среды.

Под летучими органическими соединениями (ЛОС) подразумеваются химические вещества — побочные продукты промышленных процессов на основе углеводородов. В естественной среде они имеют твердое или жидкое агрегатное состояние, но под воздействием солнечного света они легко превращаются в газ или пар. Вторичное загрязнение веществами, возникающими в результате химических реакций, происходящих в окружающей среде с участием ЛОС, имеет особое значение. Эти газы становятся источниками сильных характерных запахов, а также, в некоторых случаях, токсических поражений.

Источники летучих органических можно разделить на три категории:

1. Природные источники. ЛОС могут происходить от растений и животных, включая их метаболические процессы, распад органических материалов в почве и древесинах, источники нефти и газа, а также от гниющих органических веществ.
2. Антропогенные источники. ЛОС могут выделяться при эксплуатации транспортных средств, в результате промышленных процессов, сельского хозяйства, при использовании растворителей и т.п.
3. Естественные источники внутренней и внешней среды. ЛОС могут образовываться в атмосфере при естественных природных процессах: во время грозы, в океанских прибрежных зонах.

Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ЛОС относятся к органическим соединениям, температура кипения которых колеблется в диапазоне от 50℃ до 260℃ при комнатной температуре.

В Европе, Штатах, Канаде, Японии, Китае используется Термин VOC. В состав VOC входит более тысячи химических веществ техногенного и природного происхождения в газообразном и парообразном состоянии. Обычно их делят на несколько категорий, включая неметановые углеводороды (НМУ), кислородсодержащие органические соединения, галогенированные углеводороды, азотсодержащие органические соединения, серосодержащие органические соединения и т.д. Среди прочего, он включает в себя: фенолы, стиролы, формальдегид, метан, хлор, бензол, тетрахлорэтилен, ксилол, ацетон и др.

Большинство летучих органических соединений токсичны, некоторые из них канцерогенны, например, формальдегид и бензол. Они содержатся в клее и красках, в сигаретном дыме, выхлопах автомобилей, чистящих средствах, мебели, ковровых покрытиях и товарах личного пользования.

Международное агентство по изучению рака (IARC) подтвердило, что бензол является веществом, способным вызвать онкологические заболевания. Формальдегид может вызывать раздражение глаз и дыхательных путей, а также аллергические реакции. Также в группу летучих канцерогенов можно отнести хлороформ, бензол, парадихлорбензол, ацетальдегид и др. Галогеналканы и их производные, винилхлорид и другие обладают мутагенным действием. Большинство летучих органических соединений огнеопасны.

Под воздействием солнечного света летучие органические соединения вступают в фотохимическую реакцию с оксидами азота и окислителями в атмосфере, образуя летний смог, который вреден для здоровья человека и роста сельскохозяйственных культур. Например, летний смог раздражает глаза и дыхательную систему человека, а галогенированные углеводороды ЛОС могут разрушать озоновый слой и т.д.

Некоторые ЛОС, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), могут аккумулироваться в природной среде и приводить к отравлению животных и людей, которые потребляют зараженные продукты.

Сжигание автомобильного топлива является важным источником летучих органических соединений. Однако ЛОС образуются не только в выхлопных трубах автомобилей: токсичные летучие органические соединения могут выделяться через газообразные химические вещества внутри салонов автомобилей.

Также источниками ЛОС могут быть дезодоранты, одеколоны, отдушка и спрей, мыло, моющие средства и т.п. Они могут быть и маленькими, и большими в любой среде. И даже приятно пахнущие продукты могут активно выделять летучие органические соединения. Например, «запах новой машины» является ярким примером газовыделения деталей салона. Исследование, проведенное некоммерческой организацией Ecology Center, показало, что существует целый «коктейль» из сотен токсичных химических веществ, которые выделяются в салонах автомобилей.

Было установлено, что ароматические свечи негативно влияют на качество воздуха в помещении, поскольку они выделяют летучие органические соединения даже без подсветки. Исследование 2015 года, опубликованное в журнале Journal of Hazardous Materials показало, что ароматические свечи являются сильными источниками выбросов летучих органических соединений в помещениях.

Как и другие загрязняющие вещества ЛОС могут вызывать серьезные проблемы со здоровьем в зависимости от продолжительности воздействия на человека. Особенно неприятным фактом является то, что вредные соединения попадают в помещения вместе с потоками уличного воздуха. Большие концентрации ЛОС в воздухе могут вызвать раздражение глаз, носа и горла, головную боль и тошноту, головокружение и потерю координации, усталость, аллергию. ЛОС попадают в кровь через легкие или кожу, накапливаются в организме и могут оказывать нейротоксическое воздействие и нарушать работу эндокринной системы. В особую зону риска попадают беременные женщины, новорожденные и пожилые люди.

Одним из ключевых подходов к борьбе с ЛОС является очистка воздуха. Фильтрация позволяет улавливать и удалять вредные частицы из воздушного потока. Существует множество решений и технологий для сокращения и очистки выбросов ЛОС, создаваемых производственными процессами. Технологию очистки часто выбирают на основе ее стоимости, помещения, в котором она будет использоваться, объема обрабатываемого воздуха, концентрации выбросов и, где возможно, повторного использования выбросов.

Доступные технологии борьбы с выбросами ЛОС основаны на различных механизмах. При термическом окислении летучие органические соединения окисляются при высокой температуре (> 750°C) с образованием диоксида углерода (СО₂) и воды (H₂О). При каталитическом окислении катализаторы используются для окисления летучих органических соединений при температуре примерно на 500°C ниже, чем требуется для термического окисления. Могут использоваться катализаторы как из благородных, так и из неблагородных металлов. Адсорбционная фильтрация основана на использования адсорбентов для поглощения ЛОС на поверхности фильтра. В качестве материала для изготовления таких фильтров чаще всего используют природный адсорбент — активированный уголь.