揭秘城市道路径流中的隐秘威胁 | 轮胎相关化合物及其光解作用

朋友们，你是否曾关注过我们日常生活中的道路径流？它不仅是城市排水系统的一部分，更是连接着城市地表和水体的关键途径。近日，华南理工大学卢桂宁团队在 Science of the Total Environment 上发表“Non-targeted screening and photolysis transformation of tire-related compounds in roadway runoff”的研究论文，揭示道路径流中的隐秘威胁--轮胎相关化合物及其光解作用。

道路径流是城市排水系统的重要组成部分，它承担着将城市表面雨水迅速排走的重要任务。然而，道路径流中含有的轮胎相关化合物却可能成为水质安全的潜在威胁。这些轮胎相关化合物可能来源于车辆行驶过程中轮胎与地面摩擦过程中释放的有机污染物。它们涵盖多种类别，包括抗氧化剂、硫化剂、加速剂、塑化剂、交联剂和其他长链橡胶化学物质等。

1、道路径流的非靶向筛查

路面径流中化合物组成的大量复杂数据对传统的靶向分析方法构成了重大挑战。因此，非靶向筛查被认为是一种更加适用且高效的方法，可以有效地解决这一复杂的分析挑战。为了深入了解道路径流中轮胎源化合物，华南理工大学卢桂宁团队利用 Agilent 高分辨率质谱（HRMS）的非数据依赖型采集模式（DIA）和数据依赖型采集模式（DDA）对广州市八条交通主干道的道路径流以及轮胎渗滤液样本进行数据采集，并使用 PyHRMS 程序（https://pypi.org/project/pyhrms/）对高分辨质谱数据进行处理与分析，包括峰提取、峰对齐以及数据库匹配等。基于路面径流和轮胎渗滤液中化合物的质谱信息，研究区域的路面径流中确定了 219 种新污染物（图 1）。其中，29 种化合物（占 13.24%）被分级为 level 1，164 种（占 74.89%）被分级为 level 2a，30 种（占 13.70%）被分级为 level 4。

图 1. 道路径流的非靶向筛查结果。

在筛查的化合物中，路面径流中鉴定出 22 种轮胎添加剂，其中包括 7 种双环胺类化合物、3 种三聚氰胺衍生物、3 种酞酸酯类化合物、3 种苯并噻唑类化合物、1 种酰胺、4 种聚乙二醇化合物以及 1 种聚丙烯醚化合物。值得注意的是，径流中的高检测率化合物（检出率 ≥75%）数量达到了 13 个，占化合物总数的 26%。这些高频检测到的化合物中有超过 65% 是由轮胎添加剂引起的（图 2）。其检测频率趋势为：三聚氰胺类添加剂 ≥ 双环胺类添加剂 > 其他轮胎添加剂 ≥ 其他轮胎相关化合物。

图 2. 路面径流中轮胎源化合物的丰度。

2、轮胎相关化合物光降解

尽管已有关于路面径流中新污染物的非靶向筛查的研究报道，但关于这些污染物光解行为的研究仍然有限。为了填补这一研究空白，该团队进行了路面径流与轮胎渗滤液的紫外光降解实验。结果表明，所有鉴定化合物均在一定程度上受到光化学反应的影响，其丰度均经历了不同程度的削减。结合轮胎源化合物的环境分布情况，可以发现一个现象，即光解速率缓慢的轮胎源污染物在实际环境中分布更加广泛（图 3）。

图 3. 紫外光照射条件下路面径流中轮胎源化合物的丰度变化。

路面径流可以作为有机化合物从城市道路表面迁移到周围水域的重要介质，可能成为化学污染进入水生生态系统的源头，并对周围水域的生态平衡构成潜在威胁。因此，针对道路径流中主要污染物的筛查研究对于阐明环境污染动态至关重要。卢桂宁团队的研究结果表明，轮胎磨损颗粒可能属于水污染中潜在且重要的污染源头之一，强调了针对轮胎源污染物的环境监测和评估策略的必要性。让我们共同努力，关注环境保护，守护我们的绿水青山。

结 语

保护环境，我们需要你的参与。

让我们携手共进，

为我们的后代留下一个更美好的生活环境。

在研究过程中，轮胎源化合物的全面筛查及定量分析在本研究中起着极为关键的作用。而本研究的数据采集采用的是安捷伦 1290 超高效液相 – 6545 四极杆串联飞行时间高分辨质谱系统 (Q-TOF) 联用，并基于 PyHRMS 程序进行非靶向数据分析和定量分析，为本次研究提供了可靠的数据支持。

作者简介

通讯作者：卢桂宁，华南理工大学环境与能源学院研究员、博士生导师、土壤污染控制与修复教研所所长，入选 2018 年国家重大人才工程青年学者，广东省杰出青年基金获得者、广东特支计划青年拔尖人才和本土创新创业团队核心成员，中国环境科学学会青年科学家奖获得者；主要从事电子垃圾拆解区和金属硫化物矿区水及土壤污染控制与修复研究，主持国家自然科学基金项目（5 项）、国家重 点研发计划课题、广东省重 点领域研发计划课题等科研项目 30 余项，在 ES&T、GCA、EI 等知名期刊发表 SCI 论文 200 余篇（ES&T 封面论文 3 篇、WoS 引用 5000 余次），获授权发明专 利 30 余项（国际专 利 5 项），出版学术专著 7 本和教材 4 本，研究成果获教育部自然科学奖一等奖、广东省自然科学奖一等奖、广东省科技进步奖一等奖、绿色矿山青年科技奖等奖励；担任 Eco-Environment & Health、土木与环境工程学报、生态环境学报等期刊编委，兼任中国环境科学学会新污染物治理专业委员会副主任委员、广东省土壤学会青年工作委员会主任委员、广东实验中学英才计划校外导师等职务。

联系邮箱：GNLu@foxmail.com

课题组主页：http://www2.scut.edu.cn/GNLu/

第 一作者：陈锦帆，华南理工大学环境与能源学院博士研究生。主要研究方向：新污染物在水体环境中的迁移与转化。目前在 Science of The Total Environment、Journal of Environmental Sciences 等知名期刊发表 SCI 论文 5 篇，其中 1 篇为第 一作者。