陈着博士Build. Environ.: 邻苯二甲酸酯(DEHP)在室内空气悬浮颗粒和道路尘表面的分配机理和有机膜形成过程

2024年2月7日，《Building and Environment》杂志（中科院1区，IF：7.4）刊登了课题组陈着博士的最新成果：Partitioning mechanisms and film formations of DEHP on realistic indoor airborne particles and road dust. (https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111273)

【Graphical Abstract】

【背景介绍】

邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）是一种半挥发性有机化合物（SVOC），具有高毒性，对人类健康造成严重负担。研究人员通过实地采样和建模分析证实，人类对DEHP的摄入途径主要为悬浮颗粒相和降尘相摄入，因此，DEHP在颗粒物上的分配系数对于评估人体暴露至关重要。然而，现有文献对室内悬浮颗粒物分配系数（Kap）和降尘分配系数（Kdust）的报道数值存在较大偏差，阻碍了对DEHP暴露的准确评估。为研究导致DEHP分配系数偏差大的关键因素，本研究中开发了一种用于实际室内悬浮颗粒（AirP）、亚利桑那标准尘（ATD）和北京道路尘（BJD）的直接颗粒采样和DEHP分配系数测定方法，并进一步提出机理模型来确定分配系数Kap和Kdust。同时，对AirP和BJD上的DEHP有机膜的形成进行了实验表征。

【核心内容】

(1) 实际室内悬浮颗粒和道路尘DEHP分配系数测定

本研究首先在玻璃纤维膜上加载实际室内悬浮颗粒和道路尘样品，并将该样品膜置于吸附舱中进行DEHP吸附实验。同时构建DEHP传质机理模型，描述DEHP从空气侧到颗粒物/道路尘样品上的质量传递过程，解耦颗粒物/道路尘样品与玻璃纤维膜之间的DEHP分配行为，求解颗粒物/道路尘分配系数。本研究实验得到AirP、ATD和BJD的分配系数分别为4.03×104、433和366 m3/g（图1）。

图1. 实际室内悬浮颗粒和道路尘样品DEHP分配系数的拟合求解

(2) DEHP在实际室内悬浮颗粒和道路尘上的分配机理研究

DEHP在实际室内悬浮颗粒上的分配行为由有机吸收主导，颗粒表面的有机成分决定了其对DEHP的吸收能力。本研究综述了文献报道的悬浮颗粒DEHP分配系数，发现不同文献所报道的数据差异大（图2），并进一步测定实际室内悬浮颗粒的有机碳比例为33.0%，有机物成分的分子量中值为382，显著高于辛醇分子量（图3）。因此，文献中广泛应用的颗粒表面有机物类似于辛醇的假设可能会在其分配系数估算中引入误差。DEHP在道路尘上的分配行为由无机吸附主导。经测定，亚利桑那标准尘和北京道路尘的有机碳比例小于1%，二者的DEHP分配系数则比实际室内悬浮颗粒小两个数量级，因此DEHP的分配行为发生二者无机表面上。

图2. 文献报道的悬浮颗粒DEHP分配系数汇总，文献编号详见Table S4 (SI)
图3. 实际室内悬浮颗粒有机成分分析

(3) DEHP在悬浮颗粒和道路尘表面吸附成膜表征

持续暴露于气相DEHP一段时间后，悬浮颗粒和道路尘表面检测得到有机膜的形成。本研究使用原子力显微镜对悬浮颗粒和北京道路尘样品进行了表征，发现在经过8天的DEHP暴露后，颗粒样品表面粘附力从4.0 nN增加至11.0 nN左右（图4），表明DEHP在颗粒表面持续吸附形成有机膜，而有机膜的存在有可能进一步富集室内其他气相有机污染物，进而形成毒性更强的复合污染。

图4. DEHP在悬浮颗粒和道路尘表面吸附形成有机膜

【成果小结】

本研究提出了一种DEHP在颗粒物表面直接吸附的方法和传质机理模型，更为准确地测定了实际室内悬浮颗粒、亚利桑那标准尘和北京道路尘的DEHP分配系数，系统地讨论了影响不同颗粒上DEHP分配能力的关键因素，并进一步表征了形成于悬浮颗粒和道路尘上的DEHP有机膜。这项机理研究可以为正确评估室内悬浮颗粒相和降尘相DEHP浓度提供科学依据。

【作者介绍】

陈着：清华大学建筑技术科学系博士/香港理工大学土木与环境工程系博士后

该论文的第一作者是本课题组2023届博士毕业生陈着。陈着博士致力于研究室内气态污染物在室内表面（包括气载颗粒物表面）之间的界面传递机制，已在Journal of Hazardous Materials, Science of The Total Environment, Building and Environment, Environmental Pollution, Chemical Engineering Journal等国际著名期刊发表论文8篇（第一作者6篇），申请发明专利1项，曾在2019年全国室内环境与健康大会获Best Poster Award。

本文通讯作者为深圳大学土木与交通工程学院特聘教授莫金汉。蒋毅博士（香港理工大学土木与环境工程系副教授）、许瑛博士（清华大学建筑技术科学系副教授）、清华大学建筑技术科学系博士生夏凡轩、范钰杰参与了这项工作。

本文引用格式

Chen, Z., Xia, F., Fan, Y., Jiang, Y., Xu, Y., Mo, J. Partitioning mechanisms and film formations of DEHP on realistic indoor airborne particles and road dust. Building and Environment, 2024; 252: 111273. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111273

该工作受到国家重点研发计划课题（课题编号：2022YFC3702803）和国家自然科学基金项目（项目号：52325801, 52078269）资助，特此致谢。

原文出处：https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111273

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