EGYES PLATINAFÉMEK KONCENTRÁCIÓJÁNAK ALAKULÁSA KÖRNYEZETÜNKBEN AZ ELMÚLT HÁROM ÉVTIZEDBEN Készítette: Herrer–Marchez Pál Témavezető: Dr. Tatár Enikő egyetemi docens
PLATINAFÉMEK •
Platinafémek közül a platina(Pt), palládium(Pd), ródium(Rh) előállításának mértéke megnövekedett.
•
Széleskörű ipari, kémiai, elektromos, illetve gyógyszeripari igények növekedése
•
Környezetünkben megnövekedett koncentrációjukért az autó iparban, mint katalitikus konverterek katalizáló anyagaiként való felhasználásuk a felelős.
ELŐFORDULÁSUK •
PGE (platinum-group elements) platina, palládium, ródium, ruténium, ozmium, irídium
•
Ritka és értékes fémek 0,4 és 5 µg/kg Föld kérgében 150t érc bányászatból → 1 kg PGE kinyerés
•
Nyers platina királyvizes oldása, ritkán terméselemként, általában egymással ötvöződve; ásványi előfordulások Ni, Cu, Ag szulfidos, arzenides érceinek kísérőjeként
•
Platinafém termelés: Volt Szovjetunió 49%, Dél-Afrikai Köztársaság (Bushveld komplexum) 43% és Kanada (Sudbury) 6%
IPARI FELHASZNÁLÁSUK Korrózióval, oxidációval, magas hőmérséklettel szemben ellenállóak, savakkal szembeni nagyfokú inertség
Yajun, W.; Xiaozheng, L., Procedia Engineering, 45, (2012) 1004-1009
KATALITIKUS KONVERTEREK •
Kezdetek: 1960-as évek Los Angeles, fotokémiai szmog → komoly környezeti probléma
•
Kipufofógáz alkotói fő szerep a szmog kialakulásában Szén-monoxid; szénhidrogének; nitrogén-oxidok
•
Környezetvédelmi törvényhozások, emissziós limitek ösztönözték a gépjárművek katalitikus konvertereinek technológiai fejlesztését
•
„Hármashatású” katalizátorok széles körben 1981-től
KATALITIKUS KONVERTEREK Szerkezet: a gépjármű-katalizátor csöves szerkezetű kerámia- vagy fémhordozón kialakított – rendszerint alumínium-oxid bevonatból (wash-coat) és az arra felvitt kis mennyiségű katalizátoranyagból áll. •
•
•
Rh: NOx redukciója, oxidációs katalizátorként is aktív→bányászott mennyisége: tizede + meghatározott hőmérséklet tartomány Pt: oxidációs katalizátor magas hőmérsékleten is Pd: Pt-hez hasonló, olcsóbb, megfelelő átalakításhoz nagyobb mennyiség
BEKERÜLÉS A KÖRNYEZETBE •
Gépjármű ipar: 500 millió autó PGE-vel (2005) • • • • •
•
átlagos családi autó: 1,75 gramm PGE. „washcoat” aluminium részecskéivel → fizikai, kémiai hatás miatt 9-124 ng/km PGE emittálódás – több gyártó cég vizsgálta Függ: járművezetés sebessége, katalizátor, motor kora, típusa „stop and go traffic” → 2-3-szor nagyobb állandó sebességhez képest
Kórházak lefolyói: • •
ciszplatin [PtCl2(NH3)2] antitumor aktivitás (1969) – daganatos megbetegedések kórházak által a lakossági szennyvízbe juttatott platina tömege körülbelül 14,3 kg/év volt. - Németországban az autók által emittált platina tömege körülbelül 187,2 kg/év-nek felelt meg (1996)*
*Kümmerer, K. (2001)
LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN •
2001-es tanulmány*: Németország 1988-1998 között
Offenbach (1988) Pt: 3pg/m3; Rh < 0,2 pg/m3
Frankfurt (1992,1997,1998) Pt: átlag 147 pg/m3
Pt: 49–szeres , Rh: 27–szeres növekedés •
Méret szerinti eloszlásuk:
A Pt 75%-a, míg a Rh 95%-a a durva porban fordult elő. Pt , Rh részecskék 4,7-5,8 µm-es durva frakcióban voltak a legnagyobb számban. A finom porban a 0,43 µm-nél kisebb részecskék mutatták a legmagasabb Pt koncentrációt. *Zereini, F. et al. (2001)
LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN •
Másik 2001-es tanulmány*: Európa különböző városai (Göteborg, Róma, Madrid, München, Sheffield és London)
Pt: átlag Madrid, Göteborg és Róma városában 7,3-13,1 pg/m3 Pt: átlag 4,1 pg/m3 München Rh: 2,2-2,8 pg/m3 •
Méret szerinti eloszlásuk:
PGE széles körben előfordul a különböző méretű frakciókban. Minél kisebb a részecske mérete, annál kisebb a platina koncentrációja. Habár a PM10-nél kisebb részecskék között a legmagasabb mért értékek közül néhány a 0,39 µm-nél kisebb frakciókban adódtak. Ez hasonlít Zereini, F. et al. (2001)- es tanulmányához, ahol a finom porban a 0,43 µm-nél kisebb részecskék mutatták a legmagasabb platina koncentrációt. *Gómez, B. et al. (2001)
LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN 2007-es tanulmány*: Németország, Braunschweig város: Hagenring 4 sávos út, 35 ezer gépjármű/nap átlagos forgalom. 1999 és 2005 PGE Hagenring 180 160 140
pg/m3
120 2005 pg/m3
100 80
1999 pg/m3
60 40 20 0 platina
*Wichmann, H. et al. (2007)
palládium
ródium
LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN 2012-es tanulmány*: Frankfurt 2008-2010 között 50
átlagos koncentráció [pg/m 3]
45 40 35 30 PM10(Frankfurt)
25
PM2,5(Frankfurt)
20
PM1(Frankfurt)
15 10 5 0 Platina (pg/m3)átlag
Palládium(pg/m3)átlag
Ródium(pg/m3)átlag
A Pt és a Pd a legnagyobb koncentrációkban a 3,3-4,7 µm-es ródium esetében a legmagasabb koncentrációk 4,7-5,8 µm-es méretfrakcióban voltak. Pt 77%, Pd 74% és Rh 71%-ban a 2,1 µm-nél nagyobb mérettartományban vannak jelen, a többi pedig ez alatt. *Zereini, F. et al. (2012a)
LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN 2003*-2013**-as tanulmány összehasonlítása. Bécs belvárosa PM10 12 10 8 Kanitsar 2003
6
Puls 2012 4 2 0 platina pg/m3
palládium pg/m3
*Kanitsar et al. (2003); Puls, C. et al. (2012)
ródium pg/m3
KÜLÖNBÖZŐ VÁROSOK TALAJAIBAN Talajok max. PGE koncentrációja 350
300
250 Platina µg/kg
200
Palládium µg/kg 150 Ródium µg/kg 100
50
0 Mexikóváros [2001]
Perth [2003]
Braunschweig [2007]
Hong Kong [2009]
Prága [2012]
[2001]: Morton, O. et al. (2001); [2003]: Whiteley, J. D. - Murray, F. (2003); [2007]: Wichmann, H. et Al. (2007); [2009]: Pan S. et al. (2009); [2012]: Mihaljevic, M. et al. (2013)
UTAK MENTI ÜLEPEDŐ PORBAN
2000 1800 1600 1400 1200
2005
1000
1999
800 600 400
200 0
platina
Wichmann, H. et al. (2007)
palládium
ródium
ÉLETTANI HATÁSOK •
PGE koncentrációk növekedése látszik
•
Komplexképződés; nő a mobilizálódás, oldhatóság; bioakkumuláció
•
Ember szervezetébe kerülés: légzés, emésztés, bőrön keresztül
•
Korábbinál nagyobb egészségkárosító hatás: 1. Biológiai hozzáférhetőség 2. toxikusabb anyagokká alakulás 3. finom frakciójú szállóporok PGE - t tartalmaznak.
•
Kockázatbecslés: oldható PGE mennyisége; méretfrakció amiben előfordulnak
ÉLETTANI HATÁSOK platina koncenrációja pg/m3 Budapest
Bécs
finomfrakció (d<2µm)
3,3±1,0
1,5±0,3
durvafrakció (2µm
1,4±0,9
8±1,6
*
platina konc. kül. méretfrakciókban levegőben [Budapest-Bécs] platina koncentrációja [ng Pt/g creatinine]
30
**
25 20 15 Medián
10
5 0 Budapest (2003)
Bécs (2003)
Budapest Budapest Bécs (műszak Bécs (műszak (műszak előtt (műszak után előtt 2007) után 2007) 2007) 2007)
platina konc. vizeletmintákban 2003 és 2007 [Budapest-Bécs]
*Záray Gy. et al. (2003); **Óvári M. et al. (2007)
ÖSSZEFOGLALÁS •
Pt, Pd mennyisége nagyobb Rh –hoz képest
•
90-es évek közepétől több Pd, az arányok változnak, általános trend nem állítható fel
•
PGE koncentráció alakulását meghatározza a katalitikus konverter kora illetve a gépjárművek száma
•
Habár a PGE koncentrációja növekszik, a jelenlegi szintek alacsonynak mondhatóak, vagyis az emberek és a környezetünk szempontjából vizsgálva, azokra kifejtett hatásaik limitáltak.
•
PGE környezeti szintjeinek további monitorozása fontos!
Köszönöm a figyelmet!
