輪胎磨損顆粒（TWPs）是由于輪胎胎面在道路表面的滾動(dòng)摩擦而產(chǎn)生，因其大量排放和潛在毒性受到廣泛關(guān)注。輪胎磨損相關(guān)化學(xué)品（TWCs）主要指通過輪胎磨損釋放的輪胎橡膠添加劑等化合物，已在各環(huán)境介質(zhì)中廣泛檢出并被證實(shí)具有一定毒性。氣-粒分配在污染物的環(huán)境行為中起關(guān)鍵作用，可影響污染物的干濕沉降、遠(yuǎn)距離傳輸和進(jìn)入人體的途徑。然而，TWCs在城市大氣氣相中的賦存及其氣-粒分配機(jī)制仍不清楚。此外，大氣細(xì)顆粒污染（PM2.5）是位列全球疾病負(fù)擔(dān)第4位的危險(xiǎn)因素，與肺癌、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)等多種健康疾病相關(guān)。TWPs作為機(jī)動(dòng)車非尾氣排放的重要組成，對(duì)城市PM2.5的貢獻(xiàn)尚不明晰。
針對(duì)上述問題，有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生田樂樂在導(dǎo)師張干研究員和趙時(shí)真副研究員的指導(dǎo)下，與廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心陳多宏教授級(jí)高工、以及英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)Kevin Jones教授和Andy Sweetman副教授合作，在珠江三角洲9個(gè)城市采集了72套氣相和PM2.5顆粒相樣品，對(duì)54種TWCs進(jìn)行定量分析，旨在闡明TWCs在城市大氣中的濃度組成、時(shí)空分布和氣-粒分配行為，并結(jié)合特征有機(jī)分子標(biāo)志物進(jìn)行來源解析，從而量化TWPs對(duì)城市大氣PM2.5的貢獻(xiàn)。
圖1. 珠江三角洲九個(gè)城市大氣中輪胎磨損相關(guān)化合物（TWCs）的濃度水平。其中，綠色方框表示氣相濃度，橙色方框表示顆粒相濃度。
????研究共檢測(cè)了54種TWCs目標(biāo)化合物，有28種檢出（∑28TWC）。如圖1所示，∑28TWC在氣相和顆粒相中的總濃度為3130?317,000 pg/m3，氣相濃度占總濃度的73 ± 26%。不同TWCs化合物的氣-粒分配行為差異較大。研究選擇了兩種廣泛使用的氣-粒分配模型（Harner?Bidleman模型和穩(wěn)態(tài)Li?Ma?Yang模型）對(duì)TWCs的氣-粒分配行為進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。如圖2所示，大多數(shù)TWCs（除HMMM、BTSA、IPPD-Q和2-OH-BTH）的實(shí)測(cè)氣-粒分配系數(shù)（log KP）均高于模型預(yù)測(cè)值。這意味著傳統(tǒng)氣粒分-配模型低估了TWCs在顆粒相的富集，可能由于部分被包裹的TWCs無(wú)法進(jìn)行氣-粒分配和采樣誤差造成。
圖2.?輪胎磨損相關(guān)化合物的氣-粒分配系數(shù)（log KP）和辛醇-空氣分配系數(shù)（log KOA）圖。圖中，紅色實(shí)線是實(shí)測(cè)log KP的擬合線。Log KPE（藍(lán)色實(shí)線）和log KPS（綠色實(shí)線）是分別使用Harner-Bidleman和Li-Ma-Yang模型計(jì)算的log KP。Log KPSM= - 1.53（水平粉色虛線）是使用穩(wěn)態(tài)Li-Ma-Yang模型計(jì)算的log KP最大值。
根據(jù)珠江三角洲城市大氣PM2.5中TWCs的檢出率、氣-粒分配、對(duì)TWPs來源指示的特異性和正定矩陣因子分解模型（PMF）的擬合度四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，篩選出三種TWCs（BTSA、DPG和6PPD-Q）作為示蹤TWPs來源的標(biāo)志物。源解析采用PMF模型結(jié)合特征分子標(biāo)志物，定量得到TWPs對(duì)城市大氣PM2.5的貢獻(xiàn)為13%±7%（圖3）。此外，TWPs對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)與采樣點(diǎn)5公里半徑內(nèi)的道路長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)（r2 = 0.67，p<0.01），亦證實(shí)我們篩選的BTSA、DPG和6PPD-Q可有效示蹤TWPs來源。
圖3.?正定矩陣因子分解模型（PMF）解得的5個(gè)PM2.5源譜，柱狀圖表示化合物占該因子物種總量的百分比，其中紅柱表示該因子的高貢獻(xiàn)物種，藍(lán)柱表示該因子的低貢獻(xiàn)物種。
本研究實(shí)了輪胎磨損顆粒物對(duì)珠江三角洲主要城市PM2.5的貢獻(xiàn)不容忽視，提示機(jī)動(dòng)車非尾氣排放對(duì)于重點(diǎn)城市大氣PM2.5防治的重要性。研究成果近期發(fā)表于污染領(lǐng)域TOP期刊《Environmental Science & Technology》，得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、“一帶一路”國(guó)際科學(xué)組織聯(lián)盟聯(lián)合研究合作專項(xiàng)項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金-杰出青年項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)員項(xiàng)目等資助。
論文信息：Tian,L.（田樂樂）;Zhao,S.（趙時(shí)真）;Zhang,R.（張瑞玲）;Lv,S.（呂少君）;Chen,D.（陳多宏）;Li,J.（李軍）;Jones,K. C.;Sweetman,A. J.;Peng,P. a.（彭平安）;Zhang,G.（張干）,Tire Wear Chemicals in the Urban Atmosphere: Significant Contributions of Tire Wear Particles to PM2.5. Environmental Science & Technology. 2024,58 (38):16952-16961.
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c04378
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