研究人员发现日晒雨淋将沥青胶结剂转化为潜在有毒化合物

严重的漏油事件,例如十年前在墨西哥湾发生的“深水地平线”事故,可能在几个月的头条新闻中占据主导地位,而科学家,政策制定者和公众则对环境中所有石油的状况感到担忧。但是,人们对数十年来故意在地球上传播的石油产品的命运的关注却很少。

现在,总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室的化学家进行的一项研究表明,沥青粘合剂在暴露于阳光和水的情况下,会将数千种潜在有毒化合物浸出到环境中。这项研究发表在“环境科学与技术”杂志上。

沥青粘合剂,也称为沥青水泥,是将铺路中的石头,沙子和砾石粘合在一起的胶水。重的黑色粘性粘稠物是在蒸馏过程的尾端从桶底原油衍生而来的。

由国家科学基金会和佛罗里达州资助的MagLab是石油化学领域的世界领导者,该领域研究令人难以置信的构成原油及其副产品的复杂碳氢化合物。使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了专业知识,可以识别单个液滴可以包含成千上万种不同类型的分子,以及如何随时间,细菌或环境条件改变其组成。

MagLab的石油应用和未来燃料研究所所长Ryan Rodgers多年来一直希望使用ICR仪器研究沥青粘合剂。在他的小组多年的努力中,这是合乎逻辑的下一步,以便更好地了解石油分子的结构和行为及其潜在的毒性作用。先前的研究表明,铺装道路附近的土壤和径流表现出较高的多环芳烃(PAHs)浓度,已知这是致癌的。罗杰斯(Rodgers)怀疑这些PAH和沥青结合剂之间存在连接点,他想找到它们。

在佛罗里达州墨西哥湾沿岸长大的罗杰斯说:“石油衍生材料在环境中的长期稳定性一直是我的好奇心。”“知道它们的成分和结构的复杂性,它们在环境上似乎不太可能是良性的。如丝般光滑的黑色道路如何变成灰色,崎rough不平的道路?所有沥青到底在哪里?”

最终,他从一家当地的摊铺公司购买了一罐沥青粘结剂,并将该项目交给了悉尼尼尔斯(Sydney Niles)博士。佛罗里达州立大学化学博士候选人和MagLab化学家玛莎·查孔·帕蒂尼奥(MarthaChacón-Patiño)。他们设计了一个实验,在该实验中,他们在载玻片上形成了一层粘合剂膜,将其浸入水中,然后在太阳模拟器中照射了一周,然后在不同的时间点对水进行采样以查看其中的成分。他们怀疑太阳的能量会导致水中的反应性含氧化合物与粘合剂中的碳氢化合物相互作用,这一过程称为光氧化作用,从而产生了会渗入水中的新型分子。

该论文的主要作者尼尔斯解释说:“我们有这个道路样本,在有水的情况下,我们在上面照射了假阳光。”“然后,我们观察了水中,发现所有这些化合物都来自石油,并且可能是有毒的。我们还发现,随着时间的流逝,会有更多的化合物浸出。”

他们在水中发现的碳氢化合物含有更多的氧原子。科学家确信,太阳确实是该过程的背后机理,因为很少有化合物浸出到保持在黑暗中的对照样品中,而这些化合物中的氧原子更少。实际上,研究小组在一周后在被辐照样品的水中发现的每升水溶性有机化合物的量比在黑暗中留下的样品高25倍以上。而且,他们使用实验室的ICR磁铁,从被辐照的样品中检测出水中15,000多种不同的含碳分子。

Niles and Rodgers说,考虑到PAHs的一般毒性,这些结果值得关注。但是研究小组将需要做更多的实验来研究这种毒性。

罗杰斯说:“我们已经明确表明,沥青粘合剂具有产生水溶性污染物的潜力,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研究,以确切地观察化合物的转化方式以及不同类别的石油分子的行为是否不同。

尼尔斯担心实验室内外都有碳氢化合物。如果她忘了将可重复使用的农产品袋带到杂货店,她宁愿在前往收银机的途中将蔬菜弄乱,也不愿使用商店提供的塑料袋。她说,尽管这些发现对地球不是一个好消息,但它们可能导致积极的变化。

她说:“希望这是解决方案的动力。”“我希望工程师们可以利用这些信息找到更好的替代方法,无论是在沥青上使用的密封胶来保护沥青,还是在路面上使用其他材料。”

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