西安市扬尘源颗粒物中环境持久性自由基污染特征及其机理研究

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西安市扬尘源颗粒物中环境持久性自由基污染特征及其机理研究李豪陕西科技大学
大气颗粒物(PM)是大气污染导致人类过早死亡的重要原因,当前大气PM中含有的有毒有害组分仍然未完全鉴定出来。作为大气新型环境健康风险物质-长寿命自由基(EPFRs)由于其具有长寿命特征和可能具有的催化氧化毒性,已被假定为造成人体呼吸健康风险的重要因子,然而这一假设尚未得到广泛证实。本研究以中国西北地区大型城市道路扬尘为研究对象,探讨了扬尘中EPFRs的污染特征、潜在氧化毒性及生成机制。获得以下主要结论1)西安市PM2.5中具有较高浓度的以C为中心的EPFRs,且EPFRs浓度随季节变化。扬尘源是影响大气颗粒物中EPFRs浓度的重要因素。EPFRs的平均g因子为2.0034,依据g因子判断其主要为以C为中心的EPFRs类型。西安市2018年度全年PM2.5中EPFRs大气浓度范围为6.27×1012-1.07×1015 spins/m3,并呈现出季节变化性。根据样品中EPFRs的浓度,换算出市民每天吸入体内EPFRs的量相当于7支香烟。通过研究影响PM2.5中EPFRs含量变化的因素,发现在沙尘天气下PM2.5中EPFRs质量浓度最高,说明沙尘可能是EPFRs的一个不可忽视的来源。(2)道路尘中含有EPFRs。其平均质量浓度为(6.6±5.0)×1017 spins/g。将吸入人体的EPFRs的量换算成当量香烟数,西安市市民每天每人吸入体内的EPFRs的量约0.6根香烟,全年219根香烟。道路尘EPFRs的g因子平均值为2.0030±0.0002,判定其类型主要为C中心的EPFRs。道路尘中EPFRs是可衰变的,研究发现超过90%的样品发生了不同程度的衰减,平均半衰期t1/e为4.5年,属于缓慢衰减的类型。(3)道路尘中EPFRs的生成机制是金属参与和无金属参与生成EPFRs的反应过程共同造成的。其来源主要为汽车尾气,同时生物质燃烧也是不可忽略的来源。对衰变前后的EPFRs与金属元素之间做相关性分析,研究发现不论是总的金属含量还是水溶性组分中的金属含量,大部分元素与原始EPFRs的浓度之间没有相关性,说明道路尘中EPFRs的生成可能不受金属元素的影响。推测道路尘中EPFRs的生成机制为多种机制共存的。酚类做前驱体物质,金属做电子受体参与生成EPFRs的反应。多环芳烃做前驱体物质,氧气或空位做电子受体参与生成EPFRs的反应。(4)道路尘是具有一定的氧化毒性,且道路尘中EPFRs的氧化机制是通过参与活性氧的生成过程实现的。道路尘的Total-DTT消耗速率为(0.34±0.08)μmol/min/g,WS-DTT 消耗速率为(0.1±0.03)μmol/min/g 和WIS-DTT 消耗速率为(0.24±0.08)μmol/min/g。WIS-DTT 占 Total-DTT 消耗速率的71%,说明水不溶性组分是道路尘氧化毒性的主要贡献者并表现出快速产毒过程,而水溶性组分氧化毒性产生速率更加恒定。道路尘中EPFRs具有一定的氧化毒性,其通过参与活性氧的生成而发挥作用的。研究基于PMF方法估计出EPFRs主导因子对道理尘总氧化毒性的17%,对不溶性组分的氧化毒性贡献高达33%。