陈欢，李阳阳

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

前言

交通行业作为我国能耗最大的行业，在消耗大量能源的同时也带来了严峻的环境问题和健康问题。机动车排放是城市大气中超细颗粒物的主要来源之一[1]，而其中柴油机的颗粒物排放占主导地位。KITTELSON等[2]的研究表明，柴油发动机比汽油发动机排放更多的超细颗粒物。

我国目前还未对超细颗粒物的具体直径做出明确规定，国外对超细颗粒物认可的标准是直径小于100 nm。大气颗粒物一般按其空气动力学直径（Dp）进行分类：悬浮在空气中、Dp≤100 μm的大气颗粒物称为总悬浮颗粒物；Dp≤10 μm的大气颗粒物称为可吸入颗粒物或粗颗粒，记为PM10；Dp≤2.5 μm的大气颗粒物称为细颗粒物，记为PM2.5；Dp≤0.1 μm（纳米级）大气颗粒物称为超细颗粒物（UFPs）[3]。之前的研究表明超细颗粒物粒径一般呈双模态分布，分别为爱根核模态（Nucleation and Aitken modes）和积聚模态（Accumulation Mode），不同模态的大气颗粒物具有不同的来源和化学组成，在大气中的转化、传输和去除的过程也存在差异[4]。由于超细颗粒物易通过呼吸系统进入肺泡、血液、神经系统等，除对呼吸系统有很大的侵害外，白血病、心血管疾病等的发生也和其有密不可分的关系，故对超细颗粒物的深层研究对于评价大气环境和人体健康风险有重要意义。

另外，颗粒物粒度分布可分为质量浓度分布和粒数浓度分布，在发动机燃烧所排放颗粒物中，超细颗粒物在数量上占据相当大的百分比，但在质量上比重较小。图1是以机动车为主要污染源的典型城市大气环境颗粒物粒数浓度和质量浓度分布谱[5]。

由图1可以看出超细颗粒物粒数浓度超过总浓度的80%，而其质量浓度却小到可以忽略，故对超细颗粒物的研究采用粒数浓度比质量浓度研究更为显著。

图1 以机动车为主要污染源的典型城市大气环境颗粒物粒数浓度和质量浓度分布谱

1 超细颗粒物的危害

在我国，长期依赖于石油燃料的机动车行业现状短时间内很难改变，机动车（尤其是柴油机）所带来的超细颗粒物具有数量众多、穿透能力强等特点，因作用机制和方式的特殊性，超细颗粒物（UFPs）具有超强的破坏力[6]，一方面对生态环境产生严重危害，另一方面又对人类健康具有极大的危害。

颗粒物是我国大多数城市空气污染的首要污染物，对生态环境所带来的危害大家有目共睹。近年来，我国雾霾污染已经非常严重，机动车保有量高的各大一线城市在特定季节里都出现了空气质量严重污染、能见度低的情况。根据数据统计[7]，我国至少30%的国土面积、超过8亿人口受到不同级别雾霾带来的危害，其中京津冀及周边地区、东北地区及中部地区污染最为严重。

目前研究已证明颗粒物污染对人体健康的危害程度与粒径大小有关。毒物学研究表明[8,9]：相同质量超细颗粒的健康危害远远大于其他颗粒的危害，所以研究纳米级颗粒更有实际意义。超细颗粒物对人体的危害主要表现在致癌、致畸、致突变三个方面，主要是因为超细颗粒物成分复杂，含有多种元素，同时也是其他污染物的载体，超细颗粒物进入呼吸道后与肺组织相互作用，一部分可以被消除掉排出体外，但有一部分可能长时间滞留在肺组织中，其中某些组分可能通过肺内部呼吸作用进入血液中， 再通过循环作用到达其他器官[10]。流行病学和毒理学方法研究也发现[11]，大气超细颗粒物与人体呼吸系统、心血管系统等疾病的死亡率有明显的相关性。

2 我国超细颗粒物排放研究进展

随着纳米技术的发展，人们对于超细颗粒物的研究日益深入。国内目前对超细颗粒物的研究主要在于：寻求一种可以降低超细颗粒物排放的柴油替代燃料；对机动车超细颗粒物排放的准确测量；对超细颗粒物的分布特征及其对健康的影响进行研究；总结 UFPs相关性质及对人体多种健康指标的影响；分析国内外的检测方法、仪器及策略，探讨超细颗粒物浓度检测的影响因素；提出一种新型颗粒层减排工艺,且进行了试探性研究。

谢斌、贺晶晶等人[12]在不同转速、负荷下，采用 TSI SMPS-3938气溶胶粒径谱仪对一台六缸柴油机燃用柴油和生物柴油排放超细颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度的负荷特性进行研究分析。结果表明：生物柴油相对于柴油，超细颗粒物排放总体降低，小负荷和部分负荷下超细颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度均随负荷的增加而增大，中等、大负荷下降低，高转速下明显降低；各工况下，物柴油的超细颗粒物表面积浓度和体积浓度均低于柴油。

中国科学技术大学余同柱[13]研究了机动车超细颗粒物排放的准确测量，其监测结果可为机动车排放评估、颗粒物增长机制研究以及制订精细化控制措施等提供有效依据。

赵金镯，宋伟民等人[14]对大气超细颗粒物的分布特征及其对健康的影响进行了研究，文章综述了超细颗粒物的分布特征及其组成成分，综合大气超细颗粒物与人群健康效应的流行病学及毒理学资料，以获取超细颗粒物健康效应的可能机制，并总结超细颗粒物的研究方向，为大气中超细颗粒物污染的健康危险度评价提供依据。

刘洁，应圣洁，陈丽等人[15]针对UFPs可能对人体产生比其他颗粒物更大的负面影响，但相关研究较少且证据不足的问题，查阅了近年来针对 UFPs所致人体健康效应相关的研究，总结 UFPs相关性质及对人体多种健康指标的影响，以促进对UFPs的重视，为后续UFPs相关研究的开展及空气UFPs污染的健康危险度评价提供参考资料。

山西化工王玮[16]针对超细颗粒物特点与对人体健康的影响仍不清楚，由于缺少统一的检测方法，在一定程度上影响了健康评估的问题，对国内外的检测方法、仪器及策略进行分析，探讨超细颗粒物浓度检测的影响因素。结果表明：在空气中超细颗粒物检测工作中，为了有效地提高检测结果的准确性，需要根据实际情况选择合适的检测方法，采用适合的检测仪器和检测策略，提高超细颗粒物检测水平。

崔荣健，刘海涛，高海潮等人[17]针对现有除尘工艺对超细颗粒物的脱除率不高的问题， 综述了当前颗粒物控制的研究现状及存在问题，提出一种新型颗粒层减排工艺，且进行了试探性研究。结果表明，颗粒层除尘工艺可有效降低PM2.5的排放，为进一步研究烟气中超细颗粒物的排放提供了一定的实验基础，并对未来控制燃烧烟气中超细颗粒物排放进行了展望。

3 结论与展望

总而言之，目前我国对车用柴油机超细颗粒物排放的研究还十分有限，但其给人类带来的环境危害和健康危害不容小觑，故对超细颗粒物的深层研究迫在眉睫，特别是我国大气复合污染比较严重的地区，急需进行大气超细颗粒物的观测研究。

对超细颗粒物的研究蕴含着非常丰富的研究内容，因为它涉及到环境学、化学、物理、医学、流体力学、空气动力学等的多领域范畴。故此项研究任重而道远，其研究动向对整个世界都有着深刻的指导意义。