BIPHÉNYLES POLYCHLORÉS (BPC)

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


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

5

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)

CHM3103: Chimie analytique environnementale

6

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


http://archives.radio-canada.ca/environnement/pollution/clips/1397/

7

Incendie St-Basile-le-GrandEmplacement du dépôt


8

Incendie St-Basile-le-GrandRégion affectée


9

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


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

10CHM3103: Chimie analytique environnementale

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

11

Extrapolation chez l’humainCHM3103: Chimie analytique environnementale

12

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


Cas #1 Eau(11):

SPME Nouvelle fibre PANI (Polyaniline, CF3COO-)

GC Détecteur ECD

Sélectif:

14

Figure 2- Principe de SPME. (12)

1) N2 β- N2

+ + é

2) BPC + é BPC (réduit)

3) BPC (réduit)+ N2+ BPC + N2


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/SPMEfibre-extraction.PNG

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 !!


Décontamination

Déshalogénation bactérienne(17):

BPC qui produisent l’acide 4-chlorobenzoïque: Substitution aromatique SNAr Catalyse enzymatique Produit final = 4-hydroxybenzoïque = Non toxique !!!


18

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


19

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


20

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


21

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 ???


23

Références


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.


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.

Documents

BIPHÉNYLES POLYCHLORÉS (BPC)