发现压裂产生卤代有机化合物的机理

水力压裂又称“压裂”，它依靠水，沙子和其他化学物质为工程师清除页岩(地下多孔岩)中的油或气扫清了道路。工程师知道他们将其泵入地下的原因，但他们还不知道为什么在回流中发现了某些高度危险的化合物，即水，盐和其他化学物质的混合物，它们被泵送通过页岩后流回地表。

现在，圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源，环境与化学工程系助理教授金伯利·帕克(Kimberly Parker)实验室的研究表明，地下卤素的存在是形成氢自由基的关键。这些卤化有机化合物，对人体健康和对环境的危害都是危险的。

这项研究发表在2021年1月15日的《环境科学与技术》杂志上。

帕克说：“很长一段时间以来，我们真的不知道它们来自哪里。” “我们知道它们并不是故意放到系统中的。显然，它们是在地下产生的。”

除了知道它们的来源之外，研究人员还有充分的理由怀疑卤素自由基(具有不成对电子的分子)正在推动这些化合物的产生。

未成对的自由基电子使它们与其他化学物质(包括有机化合物)具有极强的反应性。

陈墨山，博士帕克实验室的一名学生解决了这个问题，因为他怀疑水力压裂是形成卤素自由基的沃土。

他说，他怀疑卤素自由基起作用的一个原因与“破碎剂”有关。“破碎剂”是一种降低压裂液粘度的添加剂，以便在页岩破裂后更容易流回。它含有过硫酸盐，在压裂的极端条件下会产生硫酸根。

Chen还知道压裂液中卤化物的浓度很高，包括氯化物和溴化物。实际上，压裂液中的卤化物比其他咸水(例如海水)中的卤化物浓度高得多。

陈怀疑卤化物和硫酸根自由基会反应形成卤素自由基。先前对海水和其他盐水的研究表明，卤代基团可以与有机化合物发生相互作用，从而产生卤代有机化合物。

看来，在压裂过程中存在形成这些有毒化合物的所有条件。Chen考虑了有关该主题的较早研究，然后设计了一个实验并前往实验室。

通过实验室规模的实验，他能够制造出像在回流中发现的那样的卤代有机化合物。但是为了确保真正形成卤代有机化合物必须要有卤素自由基与有机化合物之间的相互作用，他使用了“自由基猝灭剂”，该化学物质可阻止自由基与化合物发生反应。

实验一次又一次地表明，如果自由基不能与有机化合物相互作用，那么就不会有卤代有机化合物。

帕克的实验室已经在研究下一个难题–一个难题应该告诉我们，如果有的话，减少这些有害化合物的产生值得采取的措施。

陈目前正在研究自然形成这些卤化有机的化合物。“如果发现他们的很多生产都是自然发生的，而我们对此无能为力，那么改变压裂程序以获得少量回报可能不是一个好主意。”

帕克说：“但是，如果这一途径是主要途径，那么改变压裂所用的化学物质可能值得考虑。”

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