Forskere finder sol og regn omdanne asfaltbindemiddel til potentielt giftige forbindelser

Et dramatisk olieudslip, såsom Deepwater Horizon -ulykken i Den Mexicanske Golf for ti år siden, kan dominere overskrifter i flere måneder, mens forskere, politikere og offentligheden bekymrer sig om, hvad der sker med al den olie i miljøet. Imidlertid, langt mindre opmærksomhed rettes mod skæbnen for et olieprodukt, der bevidst har været spredt ud over planeten i årtier:asfaltbindemiddel.

Nu viser en undersøgelse af kemikere ved Florida State University med hovedsæde National High Magnetic Field Laboratory, at asfaltbindemiddel, når de udsættes for sol og vand, udvask tusinder af potentielt giftige forbindelser i miljøet. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab og teknologi .

Asfaltbindemiddel, også kaldet asfaltcement, er limen, der holder stenene sammen, sand og grus i asfalterede veje. Det tunge, sort, sticky goo er afledt af bunden af ​​tønde råolie i slutenden af ​​destillationsprocessen.

MagLab, finansieret af National Science Foundation og staten Florida, er verdens førende inden for petroleom, som studerer de følelsesløs komplekse kulbrinter, der udgør råolie og dens biprodukter. Ved hjælp af højopløselige ioncyklotronresonans (ICR) massespektrometre, kemikere der har udviklet ekspertise i at identificere titusinder af forskellige typer molekyler, som en enkelt dråbe kan indeholde, og hvordan denne sammensætning kan ændres med tiden, bakterier eller miljøforhold.

Ryan Rodgers, direktør for petroleumsapplikationer og for Future Fuels Institute på MagLab, havde ønsket i årevis at studere asfaltbindemiddel ved hjælp af ICR -instrumenterne. Det var et logisk næste trin i hans gruppes mangeårige bestræbelser på bedre at forstå strukturen og opførslen af ​​petroleumsmolekyler og deres potentielt toksiske virkninger. Tidligere undersøgelser havde vist, at jord og afstrømning nær asfalterede veje udviser højere koncentrationer af polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er), som vides at være kræftfremkaldende. Rodgers formodede, at der var prikker, der forbinder disse PAH'er og asfaltbindemiddel, og han ville finde dem.

"Den langsigtede stabilitet af råolie-afledte materialer i miljøet har altid været en nysgerrighed for mig, sagde Rodgers, der voksede op på Gulfkysten i Florida. "At kende deres sammensætning og strukturelle kompleksitet, det virkede meget usandsynligt, at de ville være miljømæssigt godartede. Hvordan bliver silkebløde sorte veje til grå, hårde veje? Og hvor fanden gik al asfalten hen? "

Endelig erhvervede han en kande asfaltbindemiddel fra et lokalt belægningsfirma og overrakte projektet til Sydney Niles, en ph.d. kandidat i kemi ved Florida State, og MagLab-kemiker Martha Chacón-Patiño. De designede et eksperiment, hvor de lavede en film af bindemiddel på et glasglas, nedsænket det i vand, og bestrålede den i en solsimulator i en uge, prøveudtagning af vandet på forskellige tidspunkter for at se, hvad der var i det. De mistænkte, at solens energi ville få de reaktive iltholdige forbindelser i vandet til at interagere med kulbrinterne i bindemidlet, en proces kaldet fotooxidation, og dermed skabe nye slags molekyler, der ville udvaskes i vandet.

"Vi havde denne vejprøve, og vi skinnede falsk sollys på den i nærværelse af vand, "forklarede Niles, hovedforfatter på papiret. "Så kiggede vi på vandet, og vi fandt ud af, at der er alle disse forbindelser, der stammer fra råolie, og sandsynligvis giftig. Vi fandt også ud af, at flere forbindelser udvaskes over tid. "

De kulbrinter, de fandt i vandet, indeholdt flere iltatomer. Forskerne var overbeviste om, at solen faktisk var mekanismen bag processen, fordi langt færre forbindelser udvaskede i en kontrolprøve, der var blevet holdt i mørket, og de havde færre iltatomer. Faktisk, mængden af ​​vandopløselige organiske forbindelser pr. liter, som holdet fandt i vandet i den bestrålede prøve efter en uge var mere end 25 gange højere end i den prøve, der var blevet efterladt i mørket. Og, ved hjælp af laboratoriets ICR -magneter, de opdagede mere end 15, 000 forskellige kulstofholdige molekyler i vandet fra den bestrålede prøve.

I betragtning af den generelle toksicitet af PAH'er, disse resultater giver anledning til bekymring, Sagde Niles og Rodgers. Men teamet bliver nødt til at lave flere eksperimenter for at undersøge denne toksicitet.

"Vi har endegyldigt vist, at asfaltbinder har potentiale til at generere vandopløselige forurenende stoffer, men virkningen og skæbnen for disse vil blive genstand for fremtidig forskning, "Sagde Rodgers.

De planlægger også flere undersøgelser for at se på præcis, hvordan forbindelserne transformerer, og om forskellige kategorier af petroleumsmolekyler opfører sig forskelligt.

Niles bekymrer sig om kulbrinter ind og ud af laboratoriet. Hvis hun glemmer at bringe sine genanvendelige produktposer til købmanden, hun vil hellere jonglere med sine grøntsager på vej til registret end at bruge en butiksmøbleret plastpose. Selvom disse fund ikke er gode nyheder for planeten, hun sagde, de kan føre til positiv forandring.

"Forhåbentlig er det motivation for en løsning, "sagde hun." Jeg håber, at ingeniører kan bruge disse oplysninger til at finde et bedre alternativ, om det er en fugemasse, du lægger på asfalten for at beskytte den eller finde noget andet at bruge til at asfaltere veje. "