于敦喜解析納米顆粒物污染
日前，為控制采暖期燃煤污染，蘭州、西安、太原等地的環(huán)保部門紛紛對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行拉網(wǎng)式檢查，重點(diǎn)檢查除塵設(shè)施運(yùn)行是否正常、燃煤質(zhì)量是否合格等等。這是因?yàn)檫M(jìn)入采暖期后，隨著大量燃煤采暖鍋爐投入運(yùn)行，這些城市就進(jìn)入了大氣污染最嚴(yán)重的時(shí)期。
煤燃燒會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染。除了常見的污染物，如硫氧化物和氮氧化物之外，煤燃燒過程還產(chǎn)生大量的納米顆粒物。對(duì)這些納米顆粒物（空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于100nm的顆粒物），傳統(tǒng)的除塵設(shè)備并不能有效去除，因此它們很容易進(jìn)入大氣，不僅污染環(huán)境，影響大氣能見度，導(dǎo)致交通事故頻發(fā)，還會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的潛在危害。
發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》2008年第21期上的《燃煤納米顆粒物的物化特性及其潛在健康危害》一文就對(duì)燃煤納米顆粒物的物理化學(xué)特性及其健康效應(yīng)進(jìn)行了深入探討，指出燃煤納米顆粒物是人體健康的“隱形殺手”。
國內(nèi)缺乏相關(guān)研究
論文第一作者華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授于敦喜接受記者采訪時(shí)指出：“顆粒物已成為我國城市空氣中的首要污染物，然而迄今國內(nèi)對(duì)燃煤納米顆粒物的物理化學(xué)特性及其健康效應(yīng)還知之甚少。”
國內(nèi)研究目前主要關(guān)注PM10和PM2.5（空氣動(dòng)力學(xué)直徑分別小于10μm和2.5μm的顆粒物），而缺乏對(duì)燃煤納米顆粒物的相關(guān)研究。
國外對(duì)燃煤納米顆粒物的研究主要集中在三個(gè)方面：形成機(jī)理及其物理化學(xué)特性；對(duì)人體健康的影響機(jī)理；降低健康影響的相關(guān)技術(shù)。
燃煤納米顆粒物具有十分復(fù)雜的形成途徑、物理形態(tài)和化學(xué)構(gòu)成，不同于大氣中其他來源的納米顆粒物。于敦喜說：“較小的粒徑、較大的比表面積、有毒痕量元素的富集等特點(diǎn)是導(dǎo)致健康損害的重要原因。目前國外已有研究發(fā)現(xiàn)，可以通過某些技術(shù)來降低燃煤納米顆粒物的健康影響。”
正是由于國內(nèi)在此方面的研究還十分缺乏，為提升人們的健康意識(shí)，提高對(duì)燃煤納米顆粒物健康效應(yīng)的重視，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，從而為我國大氣環(huán)境的改善奠定基礎(chǔ)，于敦喜及其所在的研究團(tuán)隊(duì)開始著手燃煤納米顆粒物的理化特性及其健康效應(yīng)的研究。
含有害元素
于敦喜等針對(duì)特定污染源——燃煤電廠——排放的納米顆粒物展開研究。
“納米顆粒物研究的難點(diǎn)，一方面在于往往無法對(duì)其進(jìn)行更細(xì)致的粒徑分級(jí)，如當(dāng)前很多采樣系統(tǒng)的最小切割粒徑不能達(dá)到100nm以下；另一方面，傳統(tǒng)的掃描電鏡由于分辨率的限制，不能對(duì)納米顆粒物進(jìn)行有效表征。”于敦喜說。
針對(duì)上述難點(diǎn)問題，于敦喜等利用分辨率較高的低壓撞擊器將典型燃煤鍋爐產(chǎn)生的納米顆粒物細(xì)分成三個(gè)粒度段，作者采用高放大倍數(shù)（40萬倍）場發(fā)射電子顯微鏡和聚焦型掃描X射線熒光能譜儀對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的物化特性表征。
研究結(jié)果表明：從物理形態(tài)上，燃煤納米顆粒物包含離散的一次顆粒及其聚結(jié)體。一次顆粒主要為20～150nm的球形或近球形光滑顆粒，而其聚結(jié)體的尺寸可達(dá)500nm以上；從化學(xué)組成上，燃煤納米顆粒物包含無機(jī)和有機(jī)兩類，其中無機(jī)納米顆粒物主要由無機(jī)成灰元素構(gòu)成，而有機(jī)納米顆粒物則主要由元素C構(gòu)成，同時(shí)它們都含有有害過渡元素和重金屬元素。
于敦喜等還發(fā)現(xiàn)，同一燃煤鍋爐生成的納米顆粒物具有相似的化學(xué)構(gòu)成，主要含硫、難熔元素和堿金屬/堿土金屬元素，而對(duì)不同的燃煤鍋爐，納米顆粒物的生成量及其元素組成存在較大差異。
健康危害大
于敦喜指出：“燃煤納米顆粒物的物理化學(xué)特性與其潛在毒理學(xué)效應(yīng)密切相關(guān)。”
顆粒粒徑?jīng)Q定了顆粒在人體呼吸系統(tǒng)中的沉積行為。粗顆粒（2.5～10μm）主要附著在上呼吸道內(nèi)，細(xì)顆粒（0.1～2.5μm）大部分沉積在下呼吸道中，而納米顆粒（<0.1μm）則能深入末端呼吸道甚至肺泡中，從而為顆粒物的進(jìn)一步遷移以及毒害作用的發(fā)生創(chuàng)造了條件。
于敦喜說：“我們的研究結(jié)果表明，燃煤納米顆粒物的直徑多在0.1μm之下，這些細(xì)小顆粒一旦排入大氣，具有較長的懸浮時(shí)間和較遠(yuǎn)的擴(kuò)散距離，容易被人體所吸入。”而且，納米顆粒物具有比粗顆粒更高的比表面積，因此可保持很高的生物活性，能導(dǎo)致氧化應(yīng)激甚至DNA的損害，這些影響被認(rèn)為是導(dǎo)致癌癥發(fā)生的可能原因。
除顆粒粒徑之外，顆粒復(fù)雜的化學(xué)組成也是造成健康危害的重要因素。于敦喜等的研究結(jié)果顯示，燃煤納米顆粒物并非由單一組分構(gòu)成，通常是多種不同成分的混合體。如無機(jī)顆粒物包含硫、硅、鋁、鈣、鐵、鈉、鉀、鎂、磷等元素，尤其是還含有一定數(shù)量的過渡元素和其他重金屬元素如銅、鋅、錳等，因此其毒理學(xué)效應(yīng)更為復(fù)雜。
“納米顆粒物中硫的含量可達(dá)30％以上，它通常以硫酸、亞硫酸或硫酸鹽的形式存在于顆粒表面，具有很強(qiáng)的生物活性。”于敦喜告訴記者：“硫酸污染可使眼、黏膜和皮膚產(chǎn)生十分強(qiáng)烈的刺激性反應(yīng)，并可抑制肺中顆粒物的清除。亞硫酸的吸入可導(dǎo)致哮喘病，對(duì)敏感群體如小孩及哮喘病患者的影響尤其嚴(yán)重。”
碳黑作為一類重要的納米顆粒物，其健康危害早已為人們所了解，如可能導(dǎo)致癌癥和呼吸系統(tǒng)疾病。于敦喜指出：“燃煤過程產(chǎn)生的碳黑并非單一含碳顆粒，能譜儀分析表明還含有硅、鐵、鋅、銅等元素。而已有研究發(fā)現(xiàn)，燃煤碳黑通常與硫及鐵的氧化物結(jié)合在一起，其反應(yīng)性得到較大提高，因此可能產(chǎn)生比純碳黑顆粒更大的危害。”
因此，對(duì)燃煤納米顆粒物及其健康效應(yīng)的深入研究，不僅有利于燃煤顆粒物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，提升國民的健康意識(shí)，而且有利于相關(guān)環(huán)保法規(guī)的制定以及顆粒物控制技術(shù)的研究與開發(fā)。
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