7月13日

阳光和雨水将沥青粘合剂转化为潜在的有毒化合物

沥青粘合剂暴露在水和太阳模拟器一个星期前后的照片。 沥青粘合剂暴露在水和太阳模拟器一个星期前后的照片。 悉尼奈尔斯

MagLab的研究人员表示,暴露在阳光和水中会导致数千种化学物质从道路中渗入环境。

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塔拉哈西,佛罗里达州。一场戏剧性的石油泄漏,比如十年前墨西哥湾的“深水地平线”(Deepwater Horizon)事故,可以占据头条几个月,而科学家、政策制定者和公众则为环境中所有石油的去向而烦恼。然而,人们很少关注一种石油产品的命运,这种石油产品几十年来一直被故意分布在全球各地:沥青粘合剂。

现在佛罗里达州立大学总部的化学家们进行了一项研究爱游戏提现客服国家强磁场实验室表明沥青粘合剂暴露在阳光和水下时,会将数千种潜在的有毒化合物浸出到环境中。这项研究于上周发表在该杂志上环境科学与技术

沥青粘合剂(也称为沥青水泥)是将铺砌道路上的石头、沙子和砾石粘合在一起的胶水。这种重的、黑色的粘稠物是在蒸馏过程的最后阶段从桶底原油中提取出来的。

这个柱状图显示了随着时间的推移从沥青粘结剂中滤出的水溶性化合物的数量。

这个柱状图显示了随着时间的推移从沥青粘结剂中滤出的水溶性化合物的数量。
资料来源:悉尼·奈尔斯

MagLab由美国国家科学基金会(National 爱游戏提现客服Science Foundation)和佛罗里达州资助,是石油经济学领域的世界领导者。石油经济学研究的是构成原油及其副产品的复杂得令人头晕目眩的碳氢化合物。利用高分辨率离子回旋共振(ICR)质谱仪,那里的化学家已经发展出了识别一滴液滴所包含的数万种分子物种的专业知识,以及这种成分如何随着时间、细菌或环境条件而改变。

瑞恩•罗杰斯他是石油应用部门的主管未来燃料研究所多年来,他一直想用ICR仪器研究沥青粘合剂。在他的团队中,这是合乎逻辑的下一步为了更好地理解石油分子的结构和行为及其潜在的毒性作用,科学家们付出了多年的努力.先前的研究表明,铺好的道路附近的土壤和径流中含有较高浓度的多环芳烃(PAHs),这是已知的致癌物质。罗杰斯怀疑这些多环芳烃和沥青粘合剂之间有联系,他想找到它们。

瑞恩•罗杰斯瑞恩•罗杰斯
图片来源:Dave Barfield
“石油衍生材料在环境中的长期稳定性一直是我的好奇心,”罗杰斯说,他在佛罗里达海湾沿岸长大。“考虑到它们的成分和结构的复杂性,它们似乎不太可能对环境无害。丝绸般光滑的黑色道路如何变成灰色、粗糙的道路?那些沥青都跑哪去了?”

最后,他从当地一家铺路公司买了一罐沥青粘合剂,把这个项目交给了佛罗里达州立大学化学博士候选人悉尼·奈尔斯(Sydney Niles)和MagLab化学家玛莎·Chacón-Patiño。他们设计了一个实验,在玻璃载玻片上制作了一层粘结剂薄膜,将其浸入水中,并在太阳模拟器中照射一周,在不同的时间点对水进行采样,看看里面有什么。他们怀疑太阳的能量会导致水中的活性氧与粘合剂中的碳氢化合物相互作用,这一过程被称为光氧化,从而产生新的分子,这些分子会渗透到水中。

该论文的第一作者奈尔斯解释说:“我们有这个道路样本,我们在有水的情况下向它照射假阳光。”“然后我们观察了水,发现所有这些化合物都是从石油中提取出来的,可能是有毒的。我们还发现,随着时间的推移,会有更多的化合物被过滤掉。”

他们在水中发现的碳氢化合物含有更多的氧原子。科学家们确信,太阳确实是这一过程背后的机制,因为在黑暗中保存的对照样品中浸出的化合物要少得多,而这些对照样品中的氧原子更少。事实上,一周后,研究小组在辐照样品的水中发现的每升水溶性有机化合物的含量比在黑暗中放置的样品高出25倍以上。并且,使用实验室的ICR磁铁,他们从辐照样品中检测到水中超过15,000种不同的含碳分子。

玛莎Chacón-Patiño(左)和悉尼奈尔斯在MagLab。

玛莎Chacón-Patiño(左)和悉尼奈尔斯在MagLab。
图片来源:Stephen Bilenky

Niles和Rodgers说,考虑到多环芳烃的一般毒性,这些结果值得关注。但研究小组还需要做更多的实验来研究这种毒性。

Rodgers说:“我们已经明确地证明沥青粘结剂有可能产生水溶性污染物,但这些污染物的影响和命运将是未来研究的主题。”

他们还计划进行更多的研究,以研究这些化合物究竟是如何转化的,以及不同类别的石油分子是否有不同的行为。

奈尔斯担心实验室内外的碳氢化合物。如果她忘记带她的可重复使用的蔬菜袋去杂货店,她宁愿在去收银台的路上摆弄蔬菜,而不是使用商店提供的塑料袋。她说,虽然这些发现对地球来说不是好消息,但它们可能会带来积极的变化。

“希望这是解决问题的动力,”她说。“我希望工程师们可以利用这些信息找到更好的替代品,无论是涂在沥青上的密封剂来保护它,还是找到其他东西来铺路。”

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