煤焦油沥青中多环芳烃的烷基化减毒机制及潜在毒性评估研究

【编辑推荐】本研究创新性地采用1-十二烯烷基化改性煤焦油沥青（CTP），在170°C/4h优化条件下使多环芳烃（PAHs）含量降低97.35%，显著降低毒性当量（TEQ）和烟气排放。通过结构分析和毒性评估（含MTT细胞实验和QSAR模型），证实改性CTP（MCTP）具有更低细胞毒性和生态风险，为道路材料安全应用提供新策略。

　　

Highlight

煤焦油沥青（CTP）作为中国产量丰富的碳材料，其含有的有毒多环芳烃（PAHs）限制了广泛应用。本研究通过1-十二烯烷基化改性CTP（MCTP），在模型化合物实验确定的优化条件（170°C、4h、溶剂用量60倍、烷基化试剂4倍）下，使PAHs含量降低97.35%。结合产物类型和结构分析阐明了反应机制，证实MCTP的烟气排放和毒性当量（TEQ）显著低于各类环境标准，且细胞毒性和生态毒性更低。该方法还可拓展至道路材料副产物的毒性评估。

Conclusions

综上，烷基化工艺使CTP中优先PAHs减少97.35%，烟气PAHs降低96.31%，TEQ下降超94%，效果优于既往文献。MCTP的细胞毒性、大鼠口服LD₅₀、致突变性和生物富集系数均优于CTP，降低了有机污染物的环境风险。尽管当前工艺已取得突破性进展，未来仍需进一步探索低成本烷基化试剂（如废塑料）的规模化应用潜力。

Environmental implication

CTP中的PAHs对环境和人体健康构成重大威胁，尤其在道路铺设过程中。本研究通过烷基化工艺有效降低PAHs含量和生态毒性，并提出利用石化废料（如废塑料）替代昂贵烯烃作为烷基供体，既促进固废资源化，又为绿色道路材料开发提供新思路。

CRediT authorship contribution statement

Yan-xia Niu：数据整理；Gang Liu：数据整理；Yu-gao Wang：数据整理；Jun Shen：论文审阅/验证/监督/资源调配/项目管理/方法论/基金支持/数据整理/概念设计；Yao Zhang：数据整理；Lei-qiang Liu：数据整理；Na Zhang：初稿撰写/验证/软件/方法论/实验操作/形式分析/数据整理/概念设计。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知利益冲突。

Acknowledgements

感谢国家重点研发计划（2022YFC3902505）和山西-浙大新材料与化学工程研究院（2021SX-TD006）的资助。