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 [PtCl 2 (NH 3 ) 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) Frankfurt (1992,1997,1998) Pt: 3pg/m 3 ; Rh < 0,2 pg/m 3 Pt: átlag 147 pg/m 3 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/m 3 Pt: átlag 4,1 pg/m 3 München Rh: 2,2-2,8 pg/m 3 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 180 160 140 120 PGE Hagenring pg/m 3 100 80 60 2005 pg/m3 1999 pg/m3 40 20 0 platina palládium ródium *Wichmann, H. et al. (2007)
átlagos koncentráció [pg/m 3 ] LÉGKÖRI AEROSZOLOKBAN 2012-es tanulmány*: Frankfurt 2008-2010 között 50 45 40 35 30 25 20 15 PM10(Frankfurt) PM2,5(Frankfurt) PM1(Frankfurt) 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 12 PM10 10 8 6 4 Kanitsar 2003 Puls 2012 2 0 platina pg/m3 palládium pg/m3 ródium pg/m3 *Kanitsar et al. (2003); Puls, C. et al. (2012)
KÜLÖNBÖZŐ VÁROSOK TALAJAIBAN 350 Talajok max. PGE koncentrációja 300 250 200 150 Platina µg/kg Palládium µg/kg 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 1000 2005 1999 800 600 400 200 0 platina palládium ródium Wichmann, H. et al. (2007)
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
platina koncentrációja [ng Pt/g creatinine] ÉLETTANI HATÁSOK platina koncenrációja pg/m3 Budapest Bécs finomfrakció (d<2µm) 3,3±1,0 1,5±0,3 durvafrakció (2µm<d<10µm) 1,4±0,9 8±1,6 * platina konc. kül. méretfrakciókban levegőben [Budapest-Bécs] 30 25 20 15 10 Medián ** 5 0 Budapest (2003) Bécs (2003) Budapest (műszak előtt 2007) Budapest (műszak után 2007) *Záray Gy. et al. (2003); **Óvári M. et al. (2007) Bécs (műszak előtt 2007) Bécs (műszak után 2007) platina konc. vizeletmintákban 2003 és 2007 [Budapest-Bécs]
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!