Urban air pollution in Brazil: Acetaldehyde and other carbonyls

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A química atmosférica dos álcoois, os quais são largamente empregados como combustíveis de veículos leves (como o etanol no Brasil) e solventes industriais, foi revista com o foco centralizado em seus aspectos de cinética e mecanismos de reação. A oxidação dos álcoois na atmosfera envolve sua reação com radicais hidroxil (OH). São apresentadas constantes de velocidade para a reação álcool-OH de 33 álcoois saturados, incluindo compostos mono e difuncionais. As meias-vidas atmosféricas são, respectivamente, de uma semana para metanol e t-butil álcool, 2,5 dias para etanol, e de 8-15 h para outros álcoois. São descritos estudos de laboratório para os produtos de reações álcool-OH, e mecanismos são assinalados. Os produtos que predominam são o formaldeído para o metanol, acetaldeído para etanol, acetona para 2-propanol, 2-butanona e acetaldeído para o 2-butanol e acetona e formaldeído para o t-butil álcool.A reação de OH com os álcoois envolve a abstração de um átomo de hidrogênio da ligação C-H, ao passo que na ligação O-H esta abstração é negligível. Os radicais alquil (R) e α-hidroxialquil assim formados reagem então com oxigênio. Essa reação envolve adição para os radicais alquil (R + O2 → RO2) e abstração de H dos radicais α-hidroxialquil (ex. etanol + OH → CH3CHOH, CH3CHOH + O2 → HO2 + CH3CHO). A sequência de reações etanol → acetaldeído → nitrato de peroxiacetila (PAN, CH3C(O)OONO2) é descrita, sendo de grande relevância para a poluição atmosférica urbana no Brasil.Finalmente, recomenda-se que se façam estudos adicionais dos produtos, de maneira a desenvolver uma melhor compreensão da química atmosférica dos álcoois, e de seu papel na qualidade do ar urbano e regional.The atmospheric chemistry of alcohols, which are widely used as motor vehicle fuels (e.g. ethanol in Brazil) and as industrial solvents, has been reviewed with focus on kinetic data and on reaction mechanisms. Oxidation of alcohols in the atmosphere involves their reaction with the hydroxyl radical (OH). Alcohol-OH reaction rate constants are presented for 33 saturated alcohols including monofunctional and difunctional compounds. The corresponding atmospheric half-lives are one week for methanol and t-butyl alcohol, 2.5 days for ethanol, and 8-15 h for other alcohols. Laboratory studies of alcohol-OH reaction products are described and reaction mechanisms are outlined. Major products are formaldehyde from methanol, acetaldehyde from ethanol, acetone from 2-propanol, 2-butanone and acetaldehyde from 2-butanol and acetone and formaldehyde from t-butyl alcohol.The reaction of OH with alcohols involves H-atom abstraction from C-H bonds; H-atom abstraction from the O-H bond is negligible. The alkyl radicals (R) and α-hydroxyalkyl radicals thus formed react with oxygen. This reaction involves addition for alkyl radicals (R + O2 → RO2) and H-atom abstraction for α-hydroxyalkyl radicals (e.g. ethanol + OH → CH3CHOH, CH3CHOH + O2 → HO2 + CH3CHO). The reaction sequence ethanol → acetaldehyde → peroxyacetyl nitrate (PAN, CH3C(O)OONO2) is described and is r...

Section: Reactions Of Acetaldehydementioning

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Atmospheric chemistry of alcohols

Grosjean¹

1997

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“…However, formaldehyde/ acetaldehyde ratios from Brazil are normally low due to the substantial use of ethanol-containing fuels. [11][12][13] Direct exhaust emissions of ethanol-fueled engine in Brazilian vehicles have been investigated, and higher mixing ratios of acetaldehyde than formaldehyde have been found. 18 Measurements of formaldehyde and acetaldehyde have been carried out in several Brazilian tunnels located in different urban centers (Table 3), but a comparison between those carbonyl levels is difficult because of the great differences in the number and distribution of vehicles, fuel composition, percentage and type of catalyst-equipped vehicles, etc.…”

Section: Measurements Of Oxygenated Hydrocarbonsmentioning

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“…There is a considerable variability in the aldehyde and carboxylic acid distribution when they are measured at different urban areas. 11,17 In most of the measurements carried out in urban areas, formaldehyde levels are generally higher than acetaldehyde levels. However, formaldehyde/ acetaldehyde ratios from Brazil are normally low due to the substantial use of ethanol-containing fuels.…”

mentioning

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“…3 Mixing ratios of volatile hydrocarbons emitted from vehicles inside tunnels of several cities have been reported worldwide. 2,[4][5][6][7] In some urban centers of Brazil, there have been reports on tunnel measurements of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in airborne particles, [8][9][10] gaseous aldehydes, [11][12][13] gaseous carboxylic acids 14 and VOCs. 15 In order to evaluate chemical composition of emissions from vehicles fueled with gasoline blends with ethanol, neat ethanol and diesel, measurements of several VOCs were done in two different urban road tunnels located in São Paulo City, Brazil.…”

Section: Introductionmentioning

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Volatile organic compounds inside urban tunnels of São Paulo City, Brazil

Vasconcellos

Carvalho

Pool

2005

Compostos orgânicos voláteis, tais como hidrocarbonetos oxigenados, hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos foram medidos no ar interno de dois túneis urbanos da cidade de São Paulo, Brasil. Nesses túneis são freqüentes os congestionamentos de tráfico com números expressivos de veículos com controle de emissão inadequada. São Paulo, uma cidade altamente poluída, apresenta uma frota atípica de veículos com uma variedade grande de misturas de combustíveis, incluindo os oxigenados. Nesse trabalho, foram feitas medidas no ar interno e externo do túnel para avaliar os níveis dos poluentes emitidos diretamente por veículos e aqueles formados fotoquimicamente na atmosfera. No túnel (A), onde circulam apenas veículos leves movidos principalmente por gasool, uma mistura contendo 78-80% (v/v) gasolina e 20-25% etanol, as razões de formaldeído/acetaldeído foram < 1; e no túnel (B), onde circulam veículos leves principalmente movidos a gasool e veículos pesados movidos a diesel, essas razões foram aproximadamente igual a 1. Em ambos os túneis, as razões ácido fórmico/ácido acético foram bem mais baixas do que 1. O benzaldeído foi sugerido como sendo um possível traçador de emissões de veículos leves movidos a gasool. Os n-alcanos foram os compostos mais abundantes (níveis semelhantes em ambos os túneis) e, em seguida os compostos carbonílicos (níveis mais altos em B) e os compostos aromáticos (níveis mais altos em A). Foram encontrados níveis semelhantes de ácidos orgânicos, espécies minoritárias, em ambos os túneis. Os resultados desse estudo mostram que poluentes tóxicos estão presentes em níveis significativos nos dois túneis. No túnel (A) foram encontrados razões de mistura de 39,2 e 24,8 ppbv para os agentes carcinogênicos formaldeído e benzeno; no túnel (B) um valor máximo de 34,5 ppbv foi encontrado para o acetaldeído, um provável agente carcinogênico. Estudos futuros devem ser feitos para estimar os níveis de exposição de poluentes tóxicos no ar para ocupantes de veículos, uma vez que essas pessoas passam um tempo significativo dentro de túneis urbanos.Volatile organic compounds, such as oxygenated hydrocarbons, aliphatic and aromatic hydrocarbons were measured in ambient air from two distinct urban tunnels in São Paulo City, Brazil, in special, at rush hours. In these tunnels, traffic jams with significant numbers of vehicles with inadequate emission controls are frequent. São Paulo, a highly polluted city, has an unconventional mix of vehicle types in that a variety of gasoline blends, including oxygenated ones are used. Inside and outside tunnel measurements were performed to evaluate pollutant levels originated from direct vehicular emissions and formed by atmospheric photochemistry. Formaldehyde/acetaldehyde ratios of tunnel (A) circulating only light-duty vehicles fueled mainly with gasohol, a mixture containing 78-80% (v/v) gasoline and 20-25% ethanol, were < 1; ratios of tunnel (B) circulating light-duty vehicles fueled mainly with gasohol and heavy diesel vehicles, were approximately equal to 1. Formic acid...

“…Although significant, few are the studies related to atmospheric pollution in Brazil. These researches, most related to the effects of traffic, have been basically carried out in large metropolis such as São Paulo, 5,6 Rio de Janeiro, [7][8][9][10][11] Porto Alegre, 12,13 Salvador 14 and in the Amazonian region. 15 There are few studies concerning industrial areas.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Evaluation of air quality in Volta Redonda, the main metallurgical industrial city in Brazil

Gioda

Sales

Cavalcanti

et al. 2004

A maior indústria de aço do Brasil está situada na cidade de Volta Redonda, RJ. A produção de coque neste tipo de indústria é a maior fonte de emissão de compostos aromáticos. Com objetivo de implementar medidas de controle da poluição nas indústrias a FEEMA, agência ambiental do Estado do Rio de Janeiro, avaliou a qualidade do ar naquela cidade em Dec/95-Mai/96 e Abr-Mai/99. Na primeira campanha, material particulado total (MPT), benzeno, tolueno, xilenos (BTX) e dióxido de enxofre (SO 2 ) foram analisados e concentrações médias altas foram encontradas: 102 µg m -3 , 70 µg m -3 , 23 µg m -3 , 2,5 µg m -3 e 186 µg m -3 , respectivamente. Após medidas drásticas de controle, a segunda avaliação (Abr-Mai/99), apresentou valores menores: 102 µg m -3 (TSP); 62 µg m -3 (PM 10 ), 23 µg m -3 (B), 4 µg m -3 (T), 0,6 µg m -3 (X), 73 µg m -3 (SO 2 ) além de metais. Esses resultados, principalmente para benzeno, indicam que o programa de monitoramento deve continuar até atingir a solução final para o problema.The largest steel plant in Brazil is located in Volta Redonda city, RJ. Coke production in this kind of industry is the major emission source of aromatic compounds. Aiming the implementation of pollution control measures in industries, FEEMA, Rio de Janeiro State environmental agency, evaluated air quality in that city in Dec/95-May/96 and Apr-May/99. In the first campaign, total suspended particles (TSP), benzene, toluene, xylenes (BTX) and sulfur dioxide (SO 2 ) were analyzed and high average concentrations were found 102 µg m -3 , 70 µg m -3 , 23 µg m -3 , 2.5 µg m -3 and 186 µg m -3 , respectively. Following drastic control measures, the second evaluation (Apr-May/99) showed values that dropped to 102 µg m -3 (TSP); 62 µg m -3 (PM 10 ), 23 µg m -3 (B), 4 µg m -3 (T), 0.6 µg m -3 (X), 73 µg m -3 (SO 2 ) besides metals. These results, mainly for benzene, indicate that the monitoring program must continue until a final solution for this problem is reached.Keywords: air pollution, BTX, particulate matter, steel industry, outdoor air IntroductionVolta Redonda, a city in Rio de Janeiro State, grew around the largest steel producing plant in Brazil. It has a current population of 250,000 inhabitants, and is the source of one of the state's main revenues. 1 Its environmental problems are basically related to air pollution resulting from the type and location of the region's industrial activities. The most important source of organic pollutants in the monitored area is coke production at National Steel Company (CSN) (4.6 x 10 6 metric tons/year). Volta Redonda is located in a strategic area -halfway between São Paulo and Rio de Janeiro (BR 393 road). Thus, there is high air pollution potential due to vehicles motor exhaust from heavy traffic. Furthermore, many other metallurgical and cement factories were established there to supply CSN demand, contributing to the complex array of possible air pollution sources. 857 Evaluation of Air Quality in Volta Redonda, the Main Metallurgical Industrial City in Brazil Vol. 15, No. 6...