Caracterización de nanopartículas de black carbon presentes en el aire de Bogotá mediante espectroscopía Raman y SEM

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Resumen

Black Carbon Nanoparticles (BCN) generate a significant impact on climate change. Furthermore, they are correlated with the origin of serious respiratory problems to such an extent that they cause a decrease in human life expectancy. Among the environmental effects they generate, the alteration of radiative forcing and the decrease in albedo stand out, which are related to the atmosphere-land surface temperature and the increase and/or decrease in rainfall, respectively. Due to the above, it is necessary to structurally analyze the BCN in order to better understand its composition and structural organization, which can contribute to the understanding of the effects that this nanoparticulate material generates. This work aims to physically characterize Black Carbon nanoparticles (BCN) present in the air of the city of Bogotá using Raman spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM). The analysis was done from BCN samples collected on a quartz fiber tape from an aethalometer of the District Environment Secretariat of Bogotá. It was identified that BCN are made up of crystalline graphitic carbon, they can present the morphology of cables whose diameter ranges from 8 µm to 0.4 µm, they can also be amorphous. Then, a complementary EDX analysis was carried out on which the elemental O/C ratio was calculated, in order to identify the possible emission source of the analyzed BCN. Finally, a Monte Carlo simulation was carried out to predict the trajectories that the photo-electrons possibly took, as well as to demonstrate the beam-sample interaction volume.

Descripción

Las Black Carbon Nanoparticles (BCN) generar un impacto significativo sobre el cambio climático. Además, están correlacionadas con el origen de problemas respiratorios graves a tal punto que son causantes de la disminución de la expectativa de vida humana. Dentro de los efectos ambientales que generan sobresale la alteración del forzamiento radiativo y la disminución del albedo, los cuales se relacionan con la temperatura atmósfera-superficie terrestre y el aumento y/o disminución de las lluvias, respectivamente. Por lo anterior, se hace necesario analizar estructuralmente las BCN con el propósito de entender de mejor manera su composición y organización estructural, lo que puede contribuir al entendimiento de los efectos que este material nanoparticulado genera. Este trabajo tiene como objetivo caracterizar físicamente nanopartículas de Black Carbon (BCN) presentes en el aire de la ciudad de Bogotá mediante espectroscopía Raman y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM por sus siglas en inglés). El análisis se hizo a partir de muestras de BCN colectadas en una cinta de fibra de cuarzo proveniente de un aetalómetro de la Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá. Se identificó que las BCN están constituidas por carbono grafítico cristalino, pueden presentar morfología de cables cuyo diámetro va desde 8 µm hasta 0.4 µm, también, pueden ser amorfos. Luego, se realizó un análisis EDX complementario sobre el cual se calculó la relación elemental de O/C, con el fin de identificar la posible fuente de emisión de las BCN analizadas. Finalmente, se realizó una simulación Monte Carlo para predecir las trayectorias que posiblemente tomaron los foto-electrones, al igual que para evidenciar el volumen de interacción haz-muestra.

Palabras clave

Black Carbon Nanoparticles, Espectroscopía Raman, SEM - EDX, Monte Carlo, Bogotá

Materias

Licenciatura en Química -- Tesis y disertaciones académicas , Espectroscopía de Raman , Espectroscopía de SEM , Carbón pulverizado , Carbón -- Nanopartículas

Citación