Chemical Characterization of Particles in Iron-rich Atmosphere of Urban and Industrialized Regions.
Nome: ELSON SILVA GALVÃO
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 30/08/2018
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| JANE MERI SANTOS | Orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| JANE MERI SANTOS | Orientador |
Resumo: Estudos epidemiológicos mostram a associação do tamanho do material particulado (MP) no ar e sua composição química com problemas de saúde, nas quais afetam o sistema nervoso central e cardiorrespiratório. Portanto, a identificação das fontes de MP é um passo importante nos programas de gerenciamento da qualidade do ar. Modelos receptores são frequentemente utilizados em estudos de distribuição de fontes de MP a fim de identificar a contribuição de fontes locais. Apesar dos benefícios do uso desses modelos no gerenciamento da qualidade do ar, algumas limitações como efeitos de colinearidade, principalmente para fontes que possuem perfis químicos similares, restringem sua aplicação ou comprometem uma separação precisa de fontes. Para fontes altamente correlacionadas, a identificação de marcadores específicos ainda é o melhor caminho para uma distribuição de fontes mais precisa. Existem vários trabalhos usando diferentes técnicas analíticas na caracterização química e física do MP a fim de fornecer informações de entrada para os modelos receptores. A escolha entre tais técnicas depende de: as propriedades físicas das partículas, do tipo de amostragem, do tempo de medição, do acesso às instalações e equipamentos, dos custos associados à aquisição e manutenção de equipamentos, entre outras considerações. Apesar das numerosas técnicas analíticas descritas na literatura para caracterização de MP, os laboratórios são normalmente limitados às técnicas disponíveis internamente, o que levanta a questão se uma determinada técnica é adequada para o propósito de um trabalho experimental específico. Neste trabalho, é apresentado o estado da arte sobre as tecnologias disponíveis para a caracterização de MP. Adicionalmente, é proposto um guia para a escolha da(s) técnica(s) mais apropriada(s) para um estudo específico. Uma nova abordagem também é proposta para identificar as fontes mais apropriadas associadas aos fatores revelados através do modelo Fatoração de Matriz Positiva (PMF), na qual são utilizados conjuntamente a caracterização de espécies químicas, inorgânicas e orgânicas, e a direcionalidade dessas espécies através das rosas dos poluentes. Amostras de MP foram coletadas em uma região costeira, urbana e industrializada no Brasil e analisadas por EDXRF, TD-GC-MS e TOC para a caracterização de metais, PAHs, EC e OC. Esta região possui uma particularidade, uma atmosfera rica em ferro devido à presença de indústrias de pelotização e siderurgia. A metodologia proposta revelou que marcadores consolidados pela literatura: veiculares como o carbono elementar (EC) e carbono orgânico (CO), marcador de sal marinho: cloreto (Cl) e sódio (Na) e marcador industrial: ferro (Fe), também estavam fortemente associados a outras fontes. Cl, um marcador típico de sal marinho, também foi atribuído às atividades industriais de sinterização. Alguns fatores de PMF mostraram altas cargas de CO, um marcador típico tanto para exaustão veicular quanto para queima de carvão. A definição da fonte mais adequada para esses fatores só foi possível devido à avaliação da direcionalidade dessas espécies pelas rosas dos poluentes. O potássio (K), um marcador comum de queima de biomassa, foi predominantemente associado a ventos advindos de um parque industrial e, portanto, provavelmente associado a emissões do processo de sinterização. Alguns PAHs como naftaleno, criseno, fenantreno, fluoreno e acenaftileno foram essenciais como marcadores que permitiram a separação de fontes com perfis químicos inorgânicos similares, entre elas a sinterização, a pelotização e a queima de biomassa. Os resultados mostraram que a combinação de marcadores químicos orgânicos e inorgânicos, e a análise das rosas dos poluentes para a identificação da direcionalidade das fontes melhorou a interpretação dos resultados do PMF no estudo de distribuição de fontes.
Além disso, a técnica de Difração Ressonante de Raios-X por Luz Síncrotron (RSr-XRD) foi conduzida no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) em Campinas, Brasil, para análise de partículas sedimentáveis (SP), partículas suspensas totais (TSP), PM10 e PM2.5. Os resultados mostram altos níveis de fases cristalinas baseadas em ferro. Em comparação com o uso de espécies químicas elementares, a identificação das fases cristalinas proporcionou uma abordagem aprimorada para classificar marcadores específicos de fontes baseadas em ferro. Compostos como α-Fe2O3, Fe metálico, FeS2 e K2Fe2O4 estão associados, respectivamente, ao minério de ferro, pelotização e sinterização; altos fornos e siderurgia; depósitos de carvão; e emissões de sinterização. A atribuição da composição cristalina, e não apenas elementar, na identificação de fontes melhorou a precisão dos estudos de distribuição de fontes. K2Fe2O4 e NH4ClO4 são compostos especificamente ligados ao processo de sinterização, formado principalmente durante a queima de matérias-primas em fornos. Cristais de sulfatos incomuns como FeAl2(SO4)4.22H2O e (NH4)3Fe(SO4)3 em amostras de PM2.5 mostraram a forte influência de α-Fe2O3 na foto-redução atmosférica de Fe em sulfatos. Os resultados também mostraram, além do mar, alta influência de outras fontes com alta contribuição de Cl, como sinterização e fornos de coque. Portanto, acreditamos que o uso de modelos de receptores em conjunto com os perfis químicos das fontes definidos por fases cristalinas, espécies elementares e compostos orgânicos, como os HPAs, podem melhorar os resultados de fontes altamente correlacionadas.
