轮胎磨损颗粒（TWPs）是由于轮胎胎面在道路表面的滚动摩擦而产生，因其大量排放和潜在毒性受到广泛关注。轮胎磨损相关化学品（TWCs）主要指通过轮胎磨损释放的轮胎橡胶添加剂等化合物，已在各环境介质中广泛检出并被证实具有一定毒性。气-粒分配在污染物的环境行为中起关键作用，可影响污染物的干湿沉降、远距离传输和进入人体的途径。然而，TWCs在城市大气气相中的赋存及其气-粒分配机制仍不清楚。此外，大气细颗粒污染（PM2.5）是位列全球疾病负担第4位的危险因素，与肺癌、心血管和神经系统等多种健康疾病相关。TWPs作为机动车非尾气排放的重要组成，对城市PM2.5的贡献尚不明晰。
针对上述问题，有机地球化学国家重点实验室博士研究生田乐乐在导师张干研究员和赵时真副研究员的指导下，与广东省生态环境监测中心陈多宏教授级高工、以及英国兰卡斯特大学Kevin Jones教授和Andy Sweetman副教授合作，在珠江三角洲9个城市采集了72套气相和PM2.5颗粒相样品，对54种TWCs进行定量分析，旨在阐明TWCs在城市大气中的浓度组成、时空分布和气-粒分配行为，并结合特征有机分子标志物进行来源解析，从而量化TWPs对城市大气PM2.5的贡献。
图1. 珠江三角洲九个城市大气中轮胎磨损相关化合物（TWCs）的浓度水平。其中，绿色方框表示气相浓度，橙色方框表示颗粒相浓度。
研究共检测了54种TWCs目标化合物，有28种检出（∑28TWC）。如图1所示，∑28TWC在气相和颗粒相中的总浓度为3130−317,000 pg/m³，气相浓度占总浓度的73 ± 26%。不同TWCs化合物的气-粒分配行为差异较大。研究选择了两种广泛使用的气-粒分配模型（Harner−Bidleman模型和稳态Li−Ma−Yang模型）对TWCs的气-粒分配行为进行评估和预测。如图2所示，大多数TWCs（除HMMM、BTSA、IPPD-Q和2-OH-BTH）的实测气-粒分配系数（log KP）均高于模型预测值。这意味着传统气粒分-配模型低估了TWCs在颗粒相的富集，可能由于部分被包裹的TWCs无法进行气-粒分配和采样误差造成。
图2. 轮胎磨损相关化合物的气-粒分配系数（log KP）和辛醇-空气分配系数（log KOA）图。图中，红色实线是实测log KP的拟合线。Log KPE（蓝色实线）和log KPS（绿色实线）是分别使用Harner-Bidleman和Li-Ma-Yang模型计算的log KP。Log KPSM= - 1.53（水平粉色虚线）是使用稳态Li-Ma-Yang模型计算的log KP最大值。
根据珠江三角洲城市大气PM2.5中TWCs的检出率、气-粒分配、对TWPs来源指示的特异性和正定矩阵因子分解模型（PMF）的拟合度四个标准，筛选出三种TWCs（BTSA、DPG和6PPD-Q）作为示踪TWPs来源的标志物。源解析采用PMF模型结合特征分子标志物，定量得到TWPs对城市大气PM2.5的贡献为13%±7%（图3）。此外，TWPs对PM2.5的贡献与采样点5公里半径内的道路长度呈显著正相关（r² = 0.67，p<0.01），亦证实我们筛选的BTSA、DPG和6PPD-Q可有效示踪TWPs来源。
图3. 正定矩阵因子分解模型（PMF）解得的5个PM2.5源谱，柱状图表示化合物占该因子物种总量的百分比，其中红柱表示该因子的高贡献物种，蓝柱表示该因子的低贡献物种。
本研究实了轮胎磨损颗粒物对珠江三角洲主要城市PM2.5的贡献不容忽视，提示机动车非尾气排放对于重点城市大气PM2.5防治的重要性。研究成果近期发表于污染领域TOP期刊《Environmental Science & Technology》，得到了广东省基础与应用基础研究重大项目（2023B0303000007）、国家自然科学基金面上项目（42473070）、“一带一路”国际科学组织联盟联合研究合作专项项目（ANSO-CR-KP-2021-05）、广东省自然科学基金-杰出青年项目（2023B1515020067）和中国科学院青年创新促进会员项目（2022359）等资助。
论文信息：Tian, L.（田乐乐）; Zhao, S.（赵时真）; Zhang, R.（张瑞玲）; Lv, S.（吕少君）; Chen, D.（陈多宏）; Li, J.（李军）; Jones, K. C.; Sweetman, A. J.; Peng, P. a.（彭平安）; Zhang, G.（张干）, Tire Wear Chemicals in the Urban Atmosphere: Significant Contributions of Tire Wear Particles to PM2.5. Environmental Science & Technology. 2024, 58 (38): 16952-16961.
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c04378
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