针对尾气催化装置使用以来,城市环境中的铂族元素含量快速升高这一现象,选择我国在经济发展和地理位置上具有代表性的十个城市,进行路边大气颗粒物、降尘、街尘、土壤、城市湖泊沉积钻孔中铂族元素的测定,查明其在城市环境中的分布、分配,获得其在区域范围内的年沉降率,阐述铂族元素催化装置的类型、铂族元素的迁移转化以及最终归宿。并尝试结合来源于橡胶轮胎中的环境分子标志物2-玛啉基硫代苯并噻唑(24MoBT)对铂族元素的环境行为进行标准化,更为客观地评估铂族元素的实际排放情况。相关机动车排放的重金属、稀土元素等无机元素,未完全燃烧的产物碳黑, 多环芳烃等有机化合物与铂族元素和24MoBT综合起来,共同说明随着我国机动车数量呈快速上升趋势时,环境中相应的含量变化与国家实施尾气催化装置以来的对应关系,从微观到宏观提供可靠的数据,为我国机动车减排措施提供科学依据。
platinum group elements;black carbon;tire impurity;street dusts;Chinese metro cities
近年来,我国城市环境因汽车工业的快速发展而备受关注。本项目采集了我国多个大城市的街尘样品,并分析了与汽车相关的排放物铂族元素(PGEPt-Pd-Rh),黑炭(BC),多环芳烃(PAHs)及轮胎杂质等。街尘中PGE含量范围,Pt 4.26-385 ng/g,Pd 3.77-538 ng/g,Rh 2.49-134 ng/g。相比天然背景,街尘中PGE含量明显升高。北京,上海,广州这些最早使用PGE催化剂的城市,其样品中PGE含量已达发达国家水平。从街尘中各PGE成分,发现催化剂产品中Rh占10-16%,Pt占16-47%,Pd占35-74%。Pt-Pd-Rh三元催化剂产品,Rh的比例较恒定,也同样意味着Pt,Pd之和变化小。而Pt,Pd比例的明显变化说明我国汽车工业使用不同的催化剂产品,上海产品以Pd为主,而其他城市则使用Pt,Pd比例相当的产品。而北京,早期使用以Pt为主的产品,不同于当前的产品类型。变化的Pt,Pd比例说明化学性质相近的Pt和Pd,在催化剂产品中是可以互相替代的。此外,Pt,Pd比例的变化也说明汽车催化剂技术在我国是不断改进和发展的。为标记汽车拥有量,本研究试图通过PGE和轮胎中2-吗啉基硫代苯并噻唑(24MoBT)和N-环己基-2-胺基苯并噻唑(NCBA) 杂质将其定量化。街尘中24MoBT和NCBA含量范围分别是3.4-46.5 ng/g和0-56.9 ng/g,但与PGE没有相关性。而24MoBT和NCBA在总杂质中的比例,说明我国汽车使用的轮胎环保指数仅相当于日本上世纪80年代末的水平。为评价催化剂使用效果,本研究还探讨了PAHs,BC与PGE的关系。我国城市街尘中PAHs含量范围为2.30-22.2μg/g,主要是以荧蒽,菲,苯并(b)荧蒽和苯并(ghi)苝为主的PAHs化合物。虽然街尘中PAHs源于机动车尾气排放,但其与催化剂PGE的相关性不明显,这意味着PGE对控制PAHs排放无显著作用。BC是汽车燃料燃烧不完全的标志,PGE能降低其排放。但街尘中PGE和BC不存在明显的相关性,这可能是因为机动车排放不是BC的唯一来源。然而,将街尘中BC对PGE归一化,数据显示较早使用催化剂的城市BC/PGE比值较低(北京除外)。这说明PGE有降低汽车BC排放的作用,而北京街尘中较高的BC/PGE比值,说明北京还有另一个重要的BC排放源。