biphÉnyles polychlorÉs (bpc)
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BIPHÉNYLES POLYCHLORÉS (BPC). Présenté par François Beauvais & Marilyn Cyr 15 mars 2011 - CHM 3103. Bref aperçu. Qu ’ est-ce qu’un BPC? Origine et Usage Enjeu pour l’environnement POP et accumulation Effets n éfastes Analyse Décontamination Conclusion & Travaux futurs. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
BIPHÉNYLES POLYCHLORÉS
(BPC)
Présenté parFrançois Beauvais & Marilyn Cyr15 mars 2011 - CHM 3103
(Cl)nn(Cl)
CHM3103: Chimie analytique environnementale 2
Bref aperçu
Qu’est-ce qu’un BPC? Origine et Usage Enjeu pour l’environnement
POP et accumulation Effets néfastes Analyse Décontamination
Conclusion & Travaux futurs
CHM3103: Chimie analytique environnementale 3
Qu’est-ce qu’un BPC? CAS 1336-36-3 Structure(1)
› Deux benzènes liés› Multiples substitutions
possible de chlores sur benzènes
› 1 à 10 chlores› Classifié par masse
Thermostable› Flash point (170 –
380°C)› Bp (325-366°C)
Propriétés électriques› Constante diélectrique
élevés
Cl Cl
ClCl
ClClPCB153
Cl Cl
Cl
ClCl
Cl
ClPCB170
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
PCB101
Cl
Cl
Cl
ClPCB52
Figure 1- Exemples de structures des biphényles polychlorés(2)
4
Origine
Production date de 1929 aux États-Unis(3)
› Aroclor xxxx (Monsanto Company) 20-80% de Cl (Ex: Aroclor 1260)
› Sovol en 1934 au USSR› Plus de 1,5 millions de tonnes produites
par 10 pays en 1992(4)
Intérêt› Huile synthétique diélectrique
ininflammableCHM3103: Chimie analytique environnementale
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Usage
Largement employé dans les transformateurs et condensateurs
Stabilité chimique et ignifuge(5)
› Système hydrauliques› Peinture, Encre d’impression
(Peinture résistante au feu, anti-corrosif, resistance chimique et imperméabilité)
› Coolant› Cutting oil (Huile lubrifiante à haute
température)› Plastifiant (Isolation, résistance au feu)
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Enjeu Catastrophe à St-Basile-le-Grand le 23 août 1988(6)
› Incendie d’un dépôt contenant plus de 20,000 gallons de BPC liquide› Fumée et retombées contaminent air, eau et sol› Près de 25,000 tonnes de matériel contaminé dans au moins quatre
municipalités et secteurs environnants› Décomposition des BPC en dioxine et furane (+++ toxique)
Perçu comme la plus grosse catastrophe écologique au Québec par les médias› http://archives.radio-canada.ca/environnement/pollution/clips/1397/
Solutions à l’époque:› Enfouissement› Incinération
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Incendie St-Basile-le-GrandEmplacement du dépôt
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Incendie St-Basile-le-GrandRégion affectée
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Arrêt de la production et de l’usage massif
Aux États-Unis(7)
› Prohibés depuis 1979 par The Toxic Substances Control Act Canada(8, 9)
› Environmental Contaminant Act 1976› Règlementations à partir de 1977› Multiples incidents
(Déversement Kénora, Dépôt Smithville, St-Basile-le-Grand)› Loi sur le Transport des Matières Dangereuses (1985)› Entreposage plutôt que destruction
Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants› Signé en 2001 et effectif depuis mai 2004› Règlemente la production et l’usage de POP
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POP et accumulation des Biphényles Polychlorés
Polluants organiques persistants (POPs)(5)
Grande stabilité Semi-volatils Résistes aux acides/bases Insoluble dans eau Lipophile
Se retrouvent dans l’environnement: Poisson Produits laitiers Eau
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Effets néfastes EPA(10)
Sur les animaux: Carcinogène (mélanomes) Par exemple chez le singe:
↓thymus ↓ réponses immunitaires Effets sur la reproduction (aussi chez rat et souris) Effets neurologiques
Perturbateurs endocriniens ↓ taux hormones thyroïdiennes
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Extrapolation chez l’humainCHM3103: Chimie analytique environnementale
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Cependant… Selon le gouvernement du
Canada(15):Toxicité= modéré à faible
Pourquoi prohiber les BPC ?Stables donc persistantsLiposolubleFaible hydrosolubilité = accumulation
dans l’organismeCHM3103: Chimie analytique environnementale
Analyses
Cas # 1 Échantillon d’eau
Cas #2Nourriture
Œufs de poule
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Cas #1 Eau(11):
SPME Nouvelle fibre PANI (Polyaniline, CF3COO-)
GC Détecteur ECD
Sélectif:
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Figure 2- Principe de SPME. (12)
1) N2 β- N2
+ + é
2) BPC + é BPC (réduit)
3) BPC (réduit)+ N2+ BPC + N2
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Cas #2
Œufs de poule(13)
MSPD (solide) Sorbants:
Florisil 60-100 (MgO3Si)Aluminium neutreLiChroprep RP-18 (gel de silice amorphe)
Homogénéisation, purification & nettoyage
GC-ECD15CHM3103: Chimie analytique environnementale
Décontamination
Sites d’enfouissement (Montréal, Gatineau)(14)
Incinérateur à four rotatif(15)
Alberta: Transport de matière dangereuse = risques
Nouveau: Incinérateur mobile (Saint-Mathias sur Richelieu)(16)
Efficacité de 99,9999% !!! Évite le transport de matières dangereuses !!
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Décontamination
Déshalogénation bactérienne(17):
BPC qui produisent l’acide 4-chlorobenzoïque: Substitution aromatique SNAr Catalyse enzymatique Produit final = 4-hydroxybenzoïque = Non toxique !!!
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Conclusion
Impact environnemental› Persistent organic polluant› Accumulation dans la chaîne alimentaire
Cancérigène, affecte glande thyroïde Présence de BPC au Canada
› 40,000 tonnes de BPC (Askarel) importées au Canada(9)
› Plus de 1500 sites d’entreposage› Détruit majoritairement par incinération(18)
Méthodes chimiques coûteuses (1-5$/kg) Usage récent(19)
› 8,000 tonnes de BPC dans matériel électrique› 112,000 tonnes de déchets
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Élimination des BPC au Canada de 1995 à 2005(19)
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
DéchetsEn Usage
Tonn
es d
e B
PC
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Réduction du nombre de sites d’entreposage au Canada entre 1995 et 2005
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 20050
500
1000
1500
2000
2500
3000
Sites d'entreposage
Nom
bres
de
site
s
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Travaux futurs
Biotransformation des PBC(20)
› Boue transformée en fertilisant› Decomposé en CH4 et CO2
Décontamination fait partie des efforts concertés pour l’élimination des POP› Distillation d’huile de poisson(21)
› Charbon activé(22)
Surface poreuse: adsorption des polluants
Enjeu similaire à l’accumulation du mercure(23)
› Présence persistante dans l’environnementCHM3103: Chimie analytique environnementale
Questions ???
22CHM3103: Chimie analytique environnementale
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Références
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1. Fiedler, H., 12. Polychlorinated Biphenyls (PCBs): Uses and Environmental Releases , U.N.E. Programme, Editor 1997.
2. A. Fromberg, K.G., A. Højgård, S. Fagt, J.C. Larsen, Estimation of dietary intake of PCB and organochlorine pesticides for children and adults. Food Chemistry, 2011. 125(4): p. 1179-1187.
3. Anne P. Vonderheidea, K.E.M., Juris Meijac and Gwendolyn L. Welshd, Polybrominated diphenyl ethers: Causes for concern and knowledge gaps regarding environmental distribution, fate and toxicity. Science of The Total Environment, 1 August 2008. 40(1-3): p. 425-436.
4. Vassily Ivanov, E.S., Characterization of polychlorinated biphenyl isomers in Sovol and trichlorodiphenyl formulations by high-resolution gas chromatography with electron capture detection and high-resolution gas chromatography-mass spectrometry techniques. Environ. Sci. Technol., 1992. 26(10): p. 2012-2017.
5. Rutilio Ortiz Salinas, B.S.B., Rey Gutie´rrez Tolentino, Gilberto Dı´az Gonzalez, Salvador Vega y Leo´n, Presence of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) in Bottled Drinking Water in Mexico City. Bull Environ Contam Toxicol, 2010. 85: p. 372-376.
6. Radio-Canada, S., Alerte sur Saint-Basile-le-Grand., 1988, Les Archives de Radio-Canada. 7. M Porta, E.Z., Implementing the Stockholm Treaty on Persistent Organic Pollutants. Occupational
and Environmental Medicine, 2002. 59(10): p. 651-652. 8. PCB Regulations: An Overview, E. Canada, Editor 29 mars 2010. 9. Status of PCB Management in North America, C.f.E. Cooperation, Editor 2009: Montreal. 10. Health Effects of PCBs, U.S.E.P. Agency, Editor August 8, 2008.
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Références 11. Wang Y, L.Y., Zhang J, Xu S, Yang S, Sun C., A novel fluorinated polyaniline-based solid-phase microextraction
coupled with gas chromatography for quantitative determination of polychlorinated biphenyls in water samples. Analytica Chimica Acta, 2009. 646(1-2): p. 78-84.
12. Microextraction sur phase solide, in Wikipedia. 13. V.I. Valsamakia, V.I.B., V.A. Sakkas, and Triantafyllos A. Albanisa, Determination of organochlorine pesticides and
polychlorinated biphenyls in chicken eggs by matrix solid phase dispersion. Analytica Chimica Acta, 2006. 573-574: p. 195-201.
14. Répertoire des dépôts de sols et de résidus industriels, E.e.P.d.Q. Developpement durable, Editor Mars 2011. 15. Murray, W., Santé Humaine et Environnement: Les Risques Posés par les BPC, D.d.s.e.d.l. technologie, Editor 1994. 16. Technologies, F., Incinerateur mobile de BPC, 2011. 17. Graham Solomons, C.F., Chimie organique ed. Modulo2000. 913. 18. Frantisek Kastanek, P.K., Combined decontamination processes for wastes containing PCBs. Journal of Hazardous
Materials, 2005. 117(2-3): p. 185-205. 19. Branch, E.S., National Inventory of PCBs in Use and PCB Wastes in Storage in Canada E. Canada, Editor 2005. 20. Bertin L, C.S., Fedi S, Zannoni D, Marchetti L, Fava F., Biotransformation of a highly chlorinated PCB mixture in an
activated sludge collected from a Membrane Biological Reactor (MBR) subjected to anaerobic digestion. Journal of Hazardous Materials, 2011. 186(2-3): p. 2060-2067.
21. Oterhals A, K.B., Berntssen MH., Modeling of a short-path distillation process to remove persistent organic pollutants in fish oil based on process parameters and quantitative structure properties relationships. Chemosphere, 2010. 80(2): p. 83-92.
22. Vasilyeva GK, S.E., Nikolaeva SN, Lebedev AT, Shea PJ., Dynamics of PCB removal and detoxification in historically contaminated soils amended with activated carbon. Environ. Pollut., 2009. 158(3): p. 770-777.
23. Vitalone A, C.A., Cinque C, Fattori V, Matteucci P, Zuena AR, Costa LG., Long-term effects of developmental exposure to low doses of PCB 126 and methylmercury. Toxicology letters, 2010. 197(1): p. 38-45.