輪胎磨損顆粒（TWPs）是由于輪胎胎面在道路表面的滾動摩擦而產生，因其大量排放和潛在毒性受到廣泛關注。輪胎磨損相關化學品（TWCs）主要指通過輪胎磨損釋放的輪胎橡膠添加劑等化合物，已在各環境介質中廣泛檢出并被證實具有一定毒性。氣-粒分配在污染物的環境行為中起關鍵作用，可影響污染物的干濕沉降、遠距離傳輸和進入人體的途徑。然而，TWCs在城市大氣氣相中的賦存及其氣-粒分配機制仍不清楚。此外，大氣細顆粒污染（PM2.5）是位列全球疾病負擔第4位的危險因素，與肺癌、心血管和神經系統等多種健康疾病相關。TWPs作為機動車非尾氣排放的重要組成，對城市PM2.5的貢獻尚不明晰。
針對上述問題，有機地球化學國家重點實驗室博士研究生田樂樂在導師張干研究員和趙時真副研究員的指導下，與廣東省生態環境監測中心陳多宏教授級高工、以及英國蘭卡斯特大學Kevin Jones教授和Andy Sweetman副教授合作，在珠江三角洲9個城市采集了72套氣相和PM2.5顆粒相樣品，對54種TWCs進行定量分析，旨在闡明TWCs在城市大氣中的濃度組成、時空分布和氣-粒分配行為，并結合特征有機分子標志物進行來源解析，從而量化TWPs對城市大氣PM2.5的貢獻。
圖1. 珠江三角洲九個城市大氣中輪胎磨損相關化合物（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。
????研究共檢測了54種TWCs目標化合物，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模型和穩態Li?Ma?Yang模型）對TWCs的氣-粒分配行為進行評估和預測。如圖2所示，大多數TWCs（除HMMM、BTSA、IPPD-Q和2-OH-BTH）的實測氣-粒分配系數（log KP）均高于模型預測值。這意味著傳統氣粒分-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無法進行氣-粒分配和采樣誤差造成。
圖2.?輪胎磨損相關化合物的氣-粒分配系數（log KP）和辛醇-空氣分配系數（log KOA）圖。圖中，紅色實線是實測log KP的擬合線。Log KPE（藍色實線）和log KPS（綠色實線）是分別使用Harner-Bidleman和Li-Ma-Yang模型計算的log KP。Log KPSM= - 1.53（水平粉色虛線）是使用穩態Li-Ma-Yang模型計算的log KP最大值。
根據珠江三角洲城市大氣PM2.5中TWCs的檢出率、氣-粒分配、對TWPs來源指示的特異性和正定矩陣因子分解模型（PMF）的擬合度四個標準，篩選出三種TWCs（BTSA、DPG和6PPD-Q）作為示蹤TWPs來源的標志物。源解析采用PMF模型結合特征分子標志物，定量得到TWPs對城市大氣PM2.5的貢獻為13%±7%（圖3）。此外，TWPs對PM2.5的貢獻與采樣點5公里半徑內的道路長度呈顯著正相關（r2 = 0.67，p<0.01），亦證實我們篩選的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物種，藍柱表示該因子的低貢獻物種。
本研究實了輪胎磨損顆粒物對珠江三角洲主要城市PM2.5的貢獻不容忽視，提示機動車非尾氣排放對于重點城市大氣PM2.5防治的重要性。研究成果近期發表于污染領域TOP期刊《Environmental Science & Technology》，得到了廣東省基礎與應用基礎研究重大項目、國家自然科學基金面上項目、“一帶一路”國際科學組織聯盟聯合研究合作專項項目、廣東省自然科學基金-杰出青年項目和中國科學院青年創新促進會員項目等資助。
論文信息：Tian,L.（田樂樂）;Zhao,S.（趙時真）;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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