阳光和雨水将沥青粘合剂转化为潜在的有毒化合物

作者: Florida State University

来源: ScienceDaily

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佛罗里达州立大学的一项研究表明,阳光和雨水可以使沥青粘合剂产生数千种潜在的有毒化合物。这些发现可能促使工程师寻找更好的替代品,如用于保护沥青的密封剂或用于铺路的其他材料。

一场戏剧性的石油泄漏,如十年前墨西哥湾深水地平线事故,可能会在几个月内占据头条新闻,而科学家、政策制定者和公众则担心环境中的所有石油会发生什么。然而,人们对另一种石油产品——沥青粘合剂的关注要少得多,这种产品几十年来一直有意地铺满全球。

现在,佛罗里达州立大学总部国家高磁场实验室的化学家们的一项研究表明,当暴露在阳光和水中时,沥青粘合剂会渗出数千种潜在的有毒化合物到环境中。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。这种黑色、粘稠的物质来自于蒸馏过程末端的桶底原油。

由国家科学基金会和佛罗里达州资助的MagLab是石油组学领域的世界领导者,该领域研究构成原油及其副产品的令人麻木的复杂碳氢化合物。使用高分辨率离子回旋共振(ICR)质谱仪,那里的化学家们已经开发出识别单滴原油中包含的数万种不同类型分子的专长,以及这种组成如何随着时间、细菌或环境条件而变化。

MagLab的石油应用主任和未来燃料研究所的Ryan Rodgers多年来一直想使用ICR仪器研究沥青粘合剂。这是他的团队多年来努力更好地理解石油分子结构和行为及其潜在毒性影响的逻辑下一步。先前的研究表明,铺路附近的土壤和径流中多环芳烃(PAHs)的浓度较高,这些物质已知具有致癌性。Rodgers怀疑这些PAHs与沥青粘合剂之间存在联系,并希望找到它们。

他终于从当地一家铺路公司获得了一罐沥青粘合剂,并将项目交给了佛罗里达州立大学化学博士生Sydney Niles和MagLab化学家Martha Chacón-Patiño。他们设计了一个实验,在一个玻璃片上创建了一层粘合剂薄膜,将其浸入水中,并在太阳能模拟器中照射一周,在不同时间点取样水,看看其中有什么。

他们怀疑太阳的能量会导致水中的活性含氧化合物与粘合剂中的碳氢化合物相互作用,这个过程称为光氧化,从而产生新的分子类型,这些分子会渗入水中。

他们在水中的碳氢化合物中发现更多的氧原子。科学家们确信太阳确实是这一过程的机制,因为几乎没有化合物渗入保持在黑暗中的对照样品,而且那些化合物含有较少的氧原子。事实上,团队在照射一周后的样品水中发现的水溶性有机化合物每升的量是对照样品中量的25倍以上。而且,使用实验室的ICR磁铁,他们在照射样品的水中检测到超过15,000种不同的含碳分子。

鉴于PAHs的普遍毒性,Niles和Rodgers表示,这些结果令人担忧。但团队需要进行更多的实验来研究这种毒性。

他们还计划进行更多的研究,以准确了解化合物是如何转化的,以及不同类别的石油分子是否表现不同。

Niles对实验室内外的碳氢化合物感到担忧。如果她忘记带可重复使用的农产品袋去杂货店,她宁愿在去收银台的路上用手捧着蔬菜,也不愿使用商店提供的塑料袋。尽管这些发现对地球来说不是好消息,但她说,它们可能会带来积极的变化。

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