当国VI排放标准让机动车污染物排放总量下降89.2%时,一种“隐形污染物”却在悄然增加。我国南开大学团队最新研究发现,机动车排放的中/半挥发性有机化合物(I/SVOCs)占比随排放标准升级而上升,成为二次有机气溶胶(SOA)的主要来源。这项发表在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》的研究,通过“分子级CT扫描”技术首次解析了400余种I/SVOCs的排放特征,为雾霾治理提供了新靶点。

“超级显微镜”锁定400余种污染物

传统检测技术如同“雾里看花”,将机动车尾气中80%-90%的有机物归为“未解析混合物”。研究团队采用全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOFMS),如同给污染物装上“超级显微镜”,在汽油车和柴油车尾气中分别识别出438种和424种I/SVOCs。

结果显示,柴油车排放因子(376.7±74.9 mg/kg燃料)是汽油车的3倍多。更关键的是,颗粒相中I/SVOCs占比高达93.7%-94.9%,其中含氧有机物(如酯类、酮类)在颗粒相占比(40.3%-56.8%)显著高于气相(14.4%-15.3%)。这些物质一旦进入大气,会像“种子”一样通过氧化反应生成SOA,成为PM2.5的重要组成部分。

排放标准升级:总量降了,“顽固分子”占比却升了

研究对比国IV至国VI标准柴油车发现,虽然排放总量下降89.2%,但I/SVOCs中半挥发性有机物(SVOCs)占比从8.2%升至24.4%。“这就像筛沙子,粗颗粒被滤掉后,细颗粒占比自然更高。”团队解释,先进后处理技术更易去除高挥发性VOCs,但对低挥发性I/SVOCs效果有限。

冷启动工况加剧了这一问题。实验显示,冷启动时I/SVOCs排放(528.4 mg/kg燃料)是热启动(224.8 mg/kg燃料)的2.3倍。此时发动机温度低,燃烧不完全,催化器未达最佳状态,导致烷烃和多环芳烃排放激增——这些物质正是SOA形成的“高效原料”。

SOA预测精度提升1.5倍,控制I/SVOCs成治霾关键

基于分子级数据,团队建立了新的SOA预测方法。与传统“按保留时间分箱”法相比,新方法将柴油车和汽油车的SOA预测精度分别提升1.5倍和1.2倍。数据显示,I/SVOCs虽仅占柴油车排放总量的50.9%,却贡献了82.2%的SOA生成潜力;在汽油车中这一比例为42.7% vs 69.9%。

“过去可能漏算了近一半的SOA来源。”团队指出,烷烃是主要贡献者(柴油车28.1%、汽油车38.3%),其次是烯烃和含氧有机物。这意味着未来需针对性控制柴油车长链烷烃、汽油车芳香烃,以及冷启动阶段的含氧有机物排放。

从“一刀切”到“精准打击”:治霾新思路

研究建议,未来机动车污染控制需三管齐下:优化发动机燃烧效率减少不完全燃烧、开发针对I/SVOCs的专用后处理技术、完善排放标准将I/SVOCs纳入管控。“就像给汽车装‘双重滤网’,既要过滤尾气,也要优化燃烧源头。”

来源: 医学前沿FrontMed