基于实测的京津冀及周边地区机动车刹车磨损大气颗粒物及重金属排放特征与环境效应研究

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基本信息

  • 批准号:
    21707075
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0603.大气污染与控制化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Brake wear of vehicle is an important contributor to the emissions of airborne particulates as well as the associated hazardous heavy metals in urban areas. Along with industrial structure optimization and backward productivity elimination, the adverse effects of airborne particulate as well as associated heavy metals originating from brake wear on environmental air quality and human health will further increase in the near future. Therefore, study on emission characteristics and environmental effect of airborne particulates as well as associated heavy metals from brake wear of vehicle based on experimental measurements is really imminent. In this study, the database of emission factors of airborne particulates (TSP, PM10 and PM2.5) as well as associated heavy metals (e.g., Cu, Sb, Zn, Fe, Pb, Cr, etc.) from brake wear of vehicle in the Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region and surround areas will be established based on experimental measurements, so as to master the particle size distribution and chemical speciation of target pollutants. Based on urban road network in study area, the regional emission inventory of target pollutants with a high resolution of 1 km × 1 km is developed by combing the relevant activity levels, in order to interpret the emission characteristics of target pollutants from brake wear of vehicle. Further, by sample collecting and analyzing of different brake wear debris, the migration and transformation mechanism of hazardous heavy metals during braking process will be revealed. On the basis of field tests and high resolution emission inventory, the environmental effect of airborne particulates as well as associated heavy metals emissions from brake wear of vehicle will be assessed by using combination of receptor model and diffusion model. Consequently, results of this study can supply essential information on implementing regional complex air pollution control and comprehensive prevention of heavy metals pollution in China.
机动车刹车磨损是城市环境大气颗粒物及有害重金属排放的重要贡献者。伴随产业结构优化和落后产能淘汰工作的推进,刹车磨损对城市环境空气质量及居民健康的影响将进一步增大,开展基于实测的机动车刹车磨损大气颗粒物及重金属排放特征与环境效应研究迫在眉睫。本研究基于现场实测建立机动车刹车磨损大气颗粒物(TSP、PM10和PM2.5)及重金属(Cu、Sb、Zn、Fe、Pb、Cr等)本地化排放因子集,解析刹车过程中大气颗粒物及重金属的粒径分布特征和赋存形态,结合地区活动水平构建京津冀及周边地区基于城市路网的1 km × 1 km网格化大气排放清单;通过对不同磨损产物开展样品采集和分析,揭示重金属迁移转化机制;结合道路敏感点环境介质采样分析和高时空分辨排放清单,综合扩散模型和受体模型的耦合运用,评估机动车刹车磨损大气颗粒物及重金属排放的环境效应。本研究可为区域复合大气污染控制和重金属污染防治提供基础数据支撑。

结项摘要

机动车刹车磨损是城市环境大气颗粒物及有害重金属排放的重要贡献者。本研究使用ICP-MS和IC获得我国典型刹车片中30种元素和8种无机离子的含量分别约为0.5-120943.9 ppm和262.2-5841.5 ppm。综合现场实测、文献调研和实验室元素分析获得的本地化排放因子集,结合地区活动水平,本研究构建了2000-2018年京津冀及周边地区机动车刹车磨损TSP、PM10、PM2.5和10种金属元素大气排放清单,结果表明2018年地区机动车刹车磨损TSP、PM10、PM2.5和10种金属元素排放量分别约为15894.7 t、12854.1 t、3894.2 t和2726.8 t,2000-2018年间年均增长率约为10.3%;小型/微型客车和山东是2018年机动车刹车磨损颗粒物及金属元素排放的最高车型和省份,排放占比分别约为56.3%和31.9%。北京、唐山、天津、郑州和青岛是地区机动车刹车磨损颗粒物及金属元素排放量最高的5个城市,排放占比约为25.8%。选择与车流量、刹车频率等因子存在交互作用的信息点(POI)为分配指标,利用ArcGIS构建了典型城市基于城市路网的0.5 km × 0.5 km的颗粒物及金属网格化大气排放清单,城市中心区因刹车频繁为高排放区域,以TSP排放为例,北京和天津单位平方公里TSP排放量的最高值分别约为13119.5 kg/ km2和60615.1 kg/ km2。基于对磨损碎屑的形貌和物相分析发现,在汽车制动过程中常伴有氧化反应发生,刹车片中的Sb2S3、Fe2O3等物质可被氧化为Sb2O3和Fe3O4,并赋存于磨损碎屑中;磨损碎屑50%质量分数处的颗粒物粒径平均值约为21.3 μm,PM10和PM2.5的形成率分别约为43.8%和5.9%;金属元素在0-2.5 μm、2.5-10 μm和>10 μm的颗粒中的质量分数分别约为5.9%、37.9%和56.2%。PCA和PMF解析结果表明刹车磨损为道路尘的主要贡献源之一,不同类型道路的道路尘中11种金属元素在弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态中占比分别约为5.7-7.8%、5.9-12.1%、21.5-32.9%和55.3-74.1%;在道路尘中来自刹车磨损贡献的金属元素Zn、Cu等元素分别具有高环境风险和中等环境风险。本研究可为区域复合大气污染控制和重金属污染防治提供基础数据支撑。

项目成果

期刊论文数量(2)
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专利数量(0)
Global anthropogenic atmospheric emission inventory of twelve typical hazardous trace elements, 1995–2012
1995-2012年全球12种典型有害微量元素人为大气排放清单
  • DOI:
    10.1016/j.atmosenv.2019.117061
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Atmospheric Environment
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhu Chuanyong;Tian Hezhong;Hao Jiming
  • 通讯作者:
    Hao Jiming
A high-resolution emission inventory of anthropogenic trace elements in Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region of China
中国京津冀(BTH)地区人为微量元素高分辨率排放清单
  • DOI:
    10.1016/j.atmosenv.2018.08.035
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Atmospheric Environment
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhu Chuanyong;Tian Hezhong;Hao Yan;Gao Jiajia;Hao Jiming;Wang Yong;Hua Shenbing;Wang Kun;Liu Huanjia
  • 通讯作者:
    Liu Huanjia

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其他文献

2011年中国钢铁行业典型有害重金属大气排放清单
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国环境科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王堃;滑申冰;田贺忠;朱传勇;高佳佳;王勇;周君蕊;朱家昕
  • 通讯作者:
    朱家昕
核壳结构遮光剂对SiO_2气凝胶辐射传热的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    朱传勇;李增耀;庞昊强
  • 通讯作者:
    庞昊强
纳米尺度下气体导热的DSMC模拟
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程热物理学报
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    --
  • 作者:
    朱传勇;李增耀;赵新朋;陶文铨
  • 通讯作者:
    陶文铨
导热和自然对流对石蜡定向熔化特性的影响
  • DOI:
    10.1360/tb-2020-1666
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方健;冯文创;丁斌;朱传勇;巩亮
  • 通讯作者:
    巩亮

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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