中国主要城市环境中铂族元素的地球化学行为研究

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。

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(PGE：Pt-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。

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