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中国科大环境系One Earth:抗氧化剂的大气转化过程加剧大气有机磷酸酯污染——对全球管控政策的启示

时间:2023-09-08 来源: 浏览:

中国科大环境系One Earth:抗氧化剂的大气转化过程加剧大气有机磷酸酯污染——对全球管控政策的启示

刘启帆、谢周清等 环境人Environmentor
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论文 DOI : 10.1016/j.oneear.2023.08.004
图片摘要
成果简介

近日,中国科学技术大学环境科学与工程系刘启帆、谢周清团队和山东大学刘润增、加拿大康考迪亚大学张先明、加拿大环境和气候变化部 Hayley Hung 和 Tom Harner 、多伦多大学 Jonathan Abbatt 和 Scott Mabury 、暨南大学曾力希、上海交通大学朱樱、内华达大学里诺分校李力、中国科学院化学所葛茂发团队合作,在《 One Earth 》上发表题为 “Oxidation of commercial antioxidants is driving increasing atmospheric abundance of organophosphate esters: Implication for global regulation” 的论文 。

当前,环境中的有机磷酸酯( OPEs )被认为只有一个来源,即来自化学品的直接排放。基于这一认识,现有国际管控政策旨在限制或禁止在消费产品中使用 OPEs 。本研究结合全球外场观测、实验研究和模式模拟,发现 OPEs 具有重要的间接来源:有机亚磷酸酯抗氧化剂( OPAs ;一种在塑料中广泛使用的化学品)与大气 O 3 反应会生成 OPEs , OPEs 的生成产率接近 100% 。由 OPAs 经大气氧化生成的新型 OPEs 在全球城市的室内和室外环境中广泛分布,在北极大气中的浓度自 1994 年起持续增长 20 余年,并且新型 OPEs 比传统 OPEs 具有更长的环境持久性和环境健康风险。研究表明,如不考虑 OPAs 大气转化过程对 OPEs 的贡献,现有管控政策可能难以有效控制 OPEs。

引言

OPEs 作为一类备受国际社会关注的新污染物,明确其环境来源具有重要意义 。

本研究从外场观测切入,抗氧化剂 TDtBPPi 的生产量远高于新型 OPE ( TDtBPP ),但是在包括我国广州、加拿大多伦多、南极和北极的大气颗粒物样品中均检测到高浓度的新型 OPE ( TDtBPP ),与此对照, TDtBPPi 抗氧化剂未被检测到或浓度较低,表明 TDtBPPi 可能会转化生成 TDtBPP 。为了验证由 OPAs 转化引发的污染是近期发生的还是长期性问题,我们对加拿大环境部在 1994-2018 年所采集的北极大气颗粒物样品进行分析,发现新型 OPE ( TDtBPP )的浓度自 1994 年起持续增长 20 余年。为明确 OPAs 的转化机制,在实验室模拟 OPAs 与 O 3 发生的大气转化反应,发现 OPAs 会快速转化生成 OPEs ,且 OPEs 的产率接近 100% 。最后,基于模式模拟,发现新型 OPE ( TDtBPP )比传统 OPEs 具有更长的环境持久性和环境健康风险。基于实验研究,发现 TDtBPP 在体外和大鼠体内的生物转化与传统 OPEs 具有明显区别, TDtBPP 的生物转化速率极慢,浓度相对稳定。

图文导读

图 1. 在全球大气颗粒物(包括南极和北极)和室内灰尘中检测到新型 OPE [ 三( 2,4- 二叔丁基苯基)磷酸酯; TDtBPP] 及其前体物抗氧化剂 [ 亚磷酸三( 2,4- 二叔丁基苯基)酯; TDtBPPi] 。生产量 TDtBPPi>> TDtBPP ,环境浓度 TDtBPPi<< TDtBPP ,印证了本研究所揭示的 TDtBPPi 到 TDtBPP 的转化途径。

图2. 自1994年起,新型OPE(TDtBPP)在北极大气中的浓度持续增长20余年。结果表明,由 OPA s 经大气转化引发的环境污染是一个被忽视的长期性问题。

图 3. OPAs 与 O 3 发生的大气转化过程。 A-C: TCEPi 、 TPHPi 和 TDtBPPi 及其转化产物( TCEP 、 TPHP 和 TDtBPP )的质量比在 O 3 暴露下随时间的变化趋势。 D : 3 种 OPAs ( TCEPi 、 TPHPi 和 TDtBPPi )与 O 3 反应的动力学参数,反应速率 TDtBPPi > TPHPi > TCEPi 。 E : OPAs 与 O 3 的化学反应过程中,相应 OPEs ( TCEP 、 TPHP 和 TDtBPP )的生成产率。 F : OPAs+O 3 反应生成 OPEs 的化学反应机理。

图 4. 新型 OPEs 与传统 OPEs 的环境持久性、生物转化及环境健康风险对比。( A ) TDtBPP 环境持久性远高于传统 OPEs 。( B ) TDtBPP 和 TPHP 在小鼠肝脏的生物转化实验: TDtBPP 的生物转化速率远低于传统 OPE ( TPHP )。( C )基于室内灰尘 OPEs 的健康风险评估: TDtBPP 比传统 OPEs 具有更高的暴露风险。( D )基于室外大气颗粒物 OPEs 的环境风险评估: TDtBPP 对陆地生物的暴露风险低于 TCEP ,但远高于其他传统 OPEs。
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作者简介

一作&共同通讯作者: 刘启帆,中国科学技术大学环境科学与工程系教授。研究方向为新污染物大气化学、室内空气污染及健康效应。在Nature、PNAS、Science Advances、One Earth、ES&T等期刊发表论文30余篇。
共同一作: 刘润增,山东大学环境科学与工程学院教授,山东省杰青。研究方向为新污染物识别,环境过程与人体暴露。发表SCI论文40余篇,第一/通讯作者SCI论文23篇,其中15篇发表于环境领域顶级期刊One Earth、ES&T和ES&T Letters。
共同一作: 张先明,加拿大康考迪亚大学化学与生物化学系助理教授,加拿大健康部农用化学品科学顾问委员。研究方向为有机污染物环境化学过程,环境分析化学,环境模型与分子模拟。发表论文50余篇,第一/通讯作者在One Earth、ES&T、ES&T Letters、TrAC和GBC等期刊发表论文20余篇。
共同一作: 李文龙,美国纽约州健康部博士后,即将加盟厦门大学环境与生态学院。研究方向为污染物环境行为与效应。发表SCI论文40余篇。
共同通讯作者: 谢周清,中国科学技术大学环境科学与工程系教授,国家杰出青年科学基金获得者,长江学者特聘教授。主要从事环境、生态和极地科学研究。在Nature, ES&T, ACP, JGR等期刊发表论文150余篇。
其他共同通讯作者包括Hayley Hung、Scott Mabury和 Jonathan Abbatt。

投稿 : 中国科学技术大学环境科学与工程系 刘启帆、谢周清团队 。投稿、合作 、转载、进群,请添加小编微信Environmentor2020!环境人Environmentor是环境领 域 最大的学术公号 ,拥有 15W+活跃读者 。由于微 信修改了推送规则,请大家将环境人Environmentor加为 星标 ,或每次看完后点击页面下端的 “赏” ,这样可以第一时间收到我们每日的推文! 环境人Environmentor现有综合群、 期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个,欢迎大家加小编微信Environmentor2020,我们会尽快拉您进入对应的群。

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