تبلیغات
مطلب نوین - استفاده از MTBE در بنزین و اثرات زیست محیطی آن
نویسنده :عباس
تاریخ:یکشنبه 1 مهر 1386-06:09 ق.ظ
نوع مطلب : شیمی 
استفاده از MTBE در بنزین و اثرات زیست محیطی آن

اثرات MTBE در آلودگی منابع آب: محمد كوشافر، كارشناس ارشد خاكشناسی و عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی

MTBE (متیل ترسیو بوتیل اتر) یك ماده آلی اكسیژن دار است كه امروزه در ایران و برخی كشورهای جهان به صورت گسترده در بنزین بدون سرب استفاده می شود در ابتدای انتخاب و استفاد ه از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود ولی اكنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است كه MTBE دارای امكان تاثیرات سوء روی انسان بوده و دارای پتانسیل آلودگی محیط زیست است. ورود MTBE به منابع آب و خاك به روشهای مختلف انجام می گیرد .MTBE در خاك بسیار متحرك است و حركت آن در آب تابع قوانین حركت آب در خاك است. MTBE مقاومت زیادی به تخریب زیستی دارد و نیمه عمر آن در آب بالاست ، جذب آنها توسط ذرات خاك ضعیف است ،حلالیت بالایی در آب دارد و بسیار متحرك است. این عوامل باعث حركت MTBE به سمت آبهای زیر زمینی و جمع این ماده در این آبها می گردد و از آنجا كه آبهای زیرزمینی در شرب و كشاورزی استفاده دارند با تهدید سلامتی انسان و طبیعت باعث معضلات زیست محیطی می گردد درحال حاضر USEPA حد مجاز این ماده در آبهای آشامیدنی راppb 40-20 تعیین كرده است. با توجه به مصرف گسترده MTBE در ایرا ن قبل از آنكه این ماده به معضل زیست محیطی در كشور تبدیل گردد باید راهكاری مناسب ارائه و جهت عدم مصرف آن اقدام شود.

استفاده از MTBE در بنزین و اثرات زیست محیطی آن

اثرات MTBE در آلودگی منابع آب: محمد كوشافر، كارشناس ارشد خاكشناسی و عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی

MTBE (متیل ترسیو بوتیل اتر) یك ماده آلی اكسیژن دار است كه امروزه در ایران و برخی كشورهای جهان به صورت گسترده در بنزین بدون سرب استفاده می شود در ابتدای انتخاب و استفاد ه از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود ولی اكنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است كه MTBE دارای امكان تاثیرات سوء روی انسان بوده و دارای پتانسیل آلودگی محیط زیست است. ورود MTBE به منابع آب و خاك به روشهای مختلف انجام می گیرد .MTBE در خاك بسیار متحرك است و حركت آن در آب تابع قوانین حركت آب در خاك است. MTBE مقاومت زیادی به تخریب زیستی دارد و نیمه عمر آن در آب بالاست ، جذب آنها توسط ذرات خاك ضعیف است ،حلالیت بالایی در آب دارد و بسیار متحرك است. این عوامل باعث حركت MTBE به سمت آبهای زیر زمینی و جمع این ماده در این آبها می گردد و از آنجا كه آبهای زیرزمینی در شرب و كشاورزی استفاده دارند با تهدید سلامتی انسان و طبیعت باعث معضلات زیست محیطی می گردد درحال حاضر USEPA حد مجاز این ماده در آبهای آشامیدنی راppb 40-20 تعیین كرده است. با توجه به مصرف گسترده MTBE در ایرا ن قبل از آنكه این ماده به معضل زیست محیطی در كشور تبدیل گردد باید راهكاری مناسب ارائه و جهت عدم مصرف آن اقدام شود.

واژه های كلیدی : MTBE  ،آلودگی آبهای سطحی ،آلودگی آبهای زیر زمینی

Methyl tert-butyl ether

Chemical name

2-Methoxy-2-methylpropane

Other names

Methyl tert-butyl ether
Methyl t-butyl ether
MTBE
tBME

Chemical formula

C5H12O

Molecular mass

88.15 g/mol

CAS number

[1634-04-4]

Density

0.7404 g/cm³

Melting point

−109 °C

Boiling point

55.2 °C

Flash Point

-10 °C

Refractive index

1.369

SMILES

CC(C)(C)OC

مقدمه:

متیل ترسیو یک ماده آلی مصنوعی اکسیژن دار است که پس از اثبات جنبه های سوء بهداشتی و زیست محیطی سرب بعنوان جایگزین آن معرفی و امروزه در ایران و برخی از کشورای جهان بصورت گسترده در بنزینهای بدون سرب استفاده می شود.توجه به این ماده در دهه ۷۰ میلادی آغاز و مصرف آن در دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی در جهان افزایش یافت. در ابتدای انتخاب و استفاده از این ماده در سوخت مزایای زیست محیطی آن مورد توجه بود که مهمترین آنها افزایش عدد اکتان بنزین٫ کاهش نشر گازهای آلاینده منتشر از اگزوز خودرو مانند منواکسید کربن و ازن ٫ حذف سرب از بنزین به همراه تاثیر بهبود نسبی کیفیت هوا ٫تولید آسان و سهولت اختلاط با بنزین می باشد ولی اکنون پس از گذشت چند سال از مصرف آن در دنیا مشخص شده است که MTBE دارای امکان تاثیرات سوء روی بدن انسان و مضرات زیست محیطی بودند و آلودگی آبها زیر زمینی از مهمترین جنبه های زیست محیطی آن می باشد . در آمریکا از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۱ میلادی دو سیستم تامین کننده نیاز آب شرب شهری بخاطر آلودگی MTBE برای این منظور غیر قابل استفاده شدند. در سانتامونیکای آمریکا حداقل ۵۰ درصد از کل آب شهری که از منابع زیرزمینی تامین می شدبرای شرب غیر قابل استفاده گردید بطوریکه ۵/۳ میلیون دلار برای جایگزین و تامین آب شرب منطقه هزینه شد. وجود MTBE در کالیفرنیا در نمونه های شهری عموما با مقادیر کمتر از ۲mg/l گزارش شده است. در شرایط خاص در جاهایی که قایقهای موتوری استفاده می شد غلظت این ماده در آن آبها به۱۲ppm هم می رسد. در تحقیقی که در سال۱۹۹۶ توسط USGS در ۱۶ شهر آمریکا انجام شد ٫ مقدار MTBE موجود در آبهای سطحی بین µg/L 100-2/0 گزارش شد که غلظتهای بیشتر بین ماه های اکتبر تا مارس واقع شده است. در آمریکا به خاطر تاثیرات این ماده در انسان و محیط زیست به ویژه آلودگی منابع آب اعتراضات فراوانی نسبت به ادامه مصرف آن وجود دارد ودر بعضی مناطق استفاده از MTBEممنوع شده است . در این مقاله در بررسی توانایی MTBEدر آلودگی منابع آب سه محور اصلی مورد توجه است :

1- تاثیرات MTBE روی سلامتی انسان  2- چگونگی ورود MTBE به منابع آب

 3- سرنوشت MTBE در منابع آب

خصوصیات MTBE :
متیل ترسیو بوتیل اتر یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی C5H12O می باشد در دما وفشار استاندارد مایعی بی بیرنگ ٫ قابل اشتعال و قابل احتراق است . جرم مولکولی آن ۱۵/۸۸ بوده و دارای نقطه ذوب ۹-ـ درجه سانتی گراد ونقطه جوش ۶/۵۳ - ۲/۵۵ درجه سانتی گراد
می باشد . چگالی این ماده
۷۴۴/۰ ۷۵۸/۰ گزارش شده است . انحلال پذیری MTBE در آب بسیار بالاست 540mg/L گرارش شده است .
تاثیرات
  MTBE روی سلامت انسان:
انسان از سه طریق خوردن یا آشامیدن ، اشتنشاق وتماس پوستی می تواند در معرض
MTBE  قرار گیرد و سلامتی او تهدید گردد كه از این بین بلع مهمترین راه ورود این ماده به بدن انسان است و عمدتاً از طریق آشامیدن آب آلوده انجام می شود، ضمن آنكه استحمام با آب گرم آلوده نیز فراریت آن را افزایش داده و باعث استنشاق این ماده می گردد . تاثیرات این ماده روی بدن به دو قسمت سرطانی و غیر سرطانی تقسیم می شود . به دلیل زمان نسبتاً كوتاه از آغاز مصرف گسترده این ماده تحقیقات ومطالعات كافی برای بررسی تاثیرات سرطان زائی در انسان انجام نشده است ولی این موضوع هنگامیكه حیوانات آزمایشگاهی به صور مختلف در معرض مقادیر بالای  MTBE قرار گرفتند اثبات گردید. در یك آزمایش در اثر بلعیدن MTBE در موشهای صحرایی ماده  به مقدار mg 1000 به ازاء هر كیلوگرم وزن بدن در روز طی یك دوره 104 روزه این موشها به سرطان خون مبتلا شدند وهمین آزمایش در موشهای صحرایی نر در دوره فوق باعث بروز تومورهای بیضوی در آنها گردید. طی تحقیقاتی در یك دوره18 ماهه ، استنشاق این ماده توسط موشهای صحرایی نر وماده صورت گرفت و خاصیت سرطان زایی MTBE در این حیوانات آزمایشگاهی مشاهده گردید . بر همین اساس USEPA این ماده را در گروه دارای امكان سرطان زائی قرار داده است . در مورد تا ثیرات غیر سرطانی MTBE، از مهمترین وشایعترین عوارض تنفس آن در انسان سردرد ،سرگیجه،تهوع،آلرژی و مشكلات تنفسی می باشد در آزمایشی روی موش صحرایی با بلعیدن mg  70 به ازاء هر كیلوگرم وزن بدن در روز تاثیری مشاهده نشد واز mg  100 به ازاء هر كیلوگرم وزن  بدن در روزعوارض آن مشاهده گردید. برای ارزیابی صحیح از سمیت این ماده بر روی آنسان نیاز به مطالعات وتحقیقات بیشتری می باشد . ضمن آنكه در مواردی مانند تاثیر روی ژنتیك ،تولید مثل و رشد اطلاعات بسیار محدود است .

ورود MTBE به منابع آب:
اولین مرحله در آلودگی منابع آب به MTBE ورود این ماده به اجزاء محیط زیست می باشد . مهمترین منابع ورود MTBE به محیط زیست نشت از تانكها وذخایر زیر زمینی ،لوله ها واتصالات ،وسائل وجایگاههای سوخت گیری ، وسائل نقلیه موتوری با سوخت بنزین ، قایق های موتوری و وسائل حمل و نقل MTBE می باشند كه بر حسب جایگاه و نوع منبع ، این ماده می تواند وارد هوا خاك و آب گردد. MTBE موجد در هوا، شستشوی سطوح ذرات آلوده به مواد حاوی این ماده ، تخلیه مستقیم MTBE یا بنزین حاوی این ماده به آب ورود این ماده به آبهای سطحی شده و ورود MTBE به آبهای زیر زمینی نیز از طریق آبهای سطحی ، شكافها و عوارض زمین ، چاهها و خاك قابل انجام است ورود MTBE به هوااز طریق تبخیر در جایگاههای سوخت گیری و سوخت رسانی ، خروج از خودروها ، تبخیر از لكه های بنزین روی سطح زمین و استفاده های متفرقه انجام می گردد. در نتیجه یك تحقیق پیك غلظت MTBE در هوای نزدیك به پمپهای بنزین به ppbv 1400 در اندازه گیریهای كوتاه مدت رسیده است و میانگین آن در همین مكان در محدوده ppbv 100-10 قرار داشته است . میانگین غلظت MTBE در هوا در محیطهای غیر از پمپ بنزین ppbv  25/0 ،66/0 و82/0 گزارش شده است . MTBE موجود در هوا با انحلال در نزولات آسمانی به همراه بارندگی وارد سطح زمین ، خاك ویا آبهای سطحی می گردد. این اتفاق در مناطقی كه ترافیك سنگین دارد به ویژه در هوای سرد بیشتر مشهود است . در یك تحقیق در كالیفرنیا هنگامیكه غلظت متوسط MTBE در دمای 25 درجه سانتی گراد در هوا ppbv 2 بود غلظت تعادلی این ماده در آب باران ppbv (70%) اندازه گیری شد . همچنین در تحقیقی در آلمان گزارش شده است كه 20 درصد از MTBE موجود  در روان آبهای شهری پس از بارندگی مربوط به MTBE  ورودی از هوادر اثر بارش می باشد  بنابراین MTBE  موجود در هوا یكی از منابع ورود به منابع آب می باشد. ورود MTBE به خاك هم از طریق مختلف قابل انجام است. MTBE ورودی به هوا از طریق نزولات آسمانی ، روان آبهای سطحی حاوی MTBE ، نشت از مخازن ،اتصلات،تانكرها و جایگا ه های سوختگیری و نشت از تانكهای زیرزمینی از مهمترین منابع ورود این ماده به خاك می باشد. نحوه حركت MTBE در خاك عامل مهمی در آلوده شدن آبهای زیرزمینی به این  ماده می باشد. در حركت وجابجایی این ماده در خاك خصوصیات فیزیكی و شیمیایی خاك  اهمیت زیادی دارد . از مهمترین خصوصیات فیزیكی خاك در این ارتباط تخلخل ،نفوذ پذیری خاك ،بافت، ساختمان و عمق خاك می باشند.بافت سبك و تخلخل بالا با افزایش نفوذپذیری خاك حركت این ماده را در خاك تسهیل می نماید . در مورد خصوصیات شیمیائی خاك جذب سطحی و دفع از مهمترین این خصوصیات است كه آلاینده های آلی را در خاك تحت تاثیر قرار میدهد. در خاك كلوئیدهای رس و مواد آلی عوامل اصلی جذب سطحی MTBE می باشند هرچه قابلیت یك ماده برای جذب سطحی شدن به ذرات خاك بیشتر باشد تحرك آن ماده در خاك كمتر است . برای این منظور در برآورد حركت MTBE در خاك از ضریب جذب سطحی (Kd) استفاده می نمایند.
فرمول شماره یك:
غلظت جذب سطحی شده ماده مورد نظر روی سطح خاك بر حسب
mg/kg یا

 (g یا μ=Kd) غلظت ماده مورد نظر در فاز محلول (آب خاك) بر حسب mg/Kg یا (µg/kg) بر این اساس (1993)Howard  ماده، MTBE را در خاك بسیار متحرك معرفی می كند. جذب MTBE به ذرات خاك ضعیف بوده و حلالیت آن در آب بسیار بالاست بنابراین به راحتی در خاك به همراه آب به سمت پایین حركت كرده و در نهایت آبهای زیر زمینی  را آلوده می نماید . این حركت تابع قوانین حركت آب در خاك می باشد.
سرنوشت
MTBE در منابع آب:
تخریب زیستی
MTBE در آب بسیار كند است . MTBE توسط جمعی از دانشمندان در گروه مقاوم به تخریب زیستی قرار گرفته است این ماده در هر دو حالت بی هوازی و هوازی به تجزیه میكروبی مقاومت می كند ولی گزارشاتی مبنی بر تجزیه آن توسط میكروبها در شرایط خاص موجود است. ا ین مقاومت به تجزیه میكروبی مربوط به رفتار اتم كربن ترشیایی در ساخمان اتر و یا پیوند غیر فعا ل اتر می باشد. در آبهای زیرزمینی كه تخریب MTBE رخ داده است ماده ترسیو بوتیل اتر ا لكل تشكیل شده است كه خود می تواند دارای خاصیت سرطان زائی باشد. مقاومت به تخریب توسط MTBE باعث حضور این ماده در آب می گردد كه طی مطالعات مختلف اثبات شده است . نیمه عمر MTBE در آبها سطحی بسته به  وضعیت آب متغیر است. عوامل مؤثر در نیمه عمر MTBE در این آبها سرعت آب، عمق حضور ماده و دمای آب می باشد. كاهش عمق،افزایش دمای آب و افزایش سرعت آب باعث كاهش نیمه عمر MTBE در آب می گردد. نیمه عمر MTBE