汽车尾气排放颗粒物粒度特性及生物毒害机理的研究

汽车尾气颗粒物污染与居民健康的关系已成为当今社会共同关注的话题。研究表明，细颗粒物对大气环境和人体健康带来更大的危害，欧盟在世界上首次将对排放颗粒物数目的限制引入到第5/6阶段的汽车排放法规中。本课题从汽车尾气颗粒物的粒度特性检测技术研究出发，研究颗粒物的显微结构、理化特性以及粒径分布规律，研究采用颗粒捕集器控制颗粒数目的关键技术，为国家环保部门实施新的排放法规提供详细可靠的数据。通过细胞培养应激反应、动物实验等手段研究颗粒物对环境的影响及对生物健康危害的毒性机理，确定颗粒物危害人体健康的临界值，并提出合理有效的控制措施的建议。本课题从多学科交叉结合的角度，能较好地解决汽车尾气颗粒物采集、分级、颗粒特性检测与规律分析、不同粒径颗粒物生物毒性等研究内容之间的相互衔接、递进互补的问题，研究内容内在的逻辑联系紧密。

课题从汽车尾气颗粒物的粒度特性检测技术研究出发，研究颗粒物的显微结构、理化特性以及粒径分布规律；通过分级捕获的汽车尾气颗粒物，研究不同粒度颗粒物对细胞的炎性作用及毒性机理。. 首先进行颗粒物粒度的激光测量方法研究，针对过去传感器重复性不高的关键问题，设计新型检测装置，提高接收效率及仪器的准确性；采用插入函数法，改进了过去测试谱中噪声较大易引起误读的缺陷。建立大气颗粒物的消光系数计算模型，研究其对大气能见度的影响。. 其次研究汽车尾气颗粒物的粒度分布特性和排放控制机理及技术。(1)柴油机排出尾气中，在中高负荷工况下，颗粒质量浓度按粒径呈近似的单峰对数正态分布，而且随着负荷增大峰值粒径向小粒径方向偏移；颗粒质量平均直径主要落在0.32~0.56μm粒径级。(2)通过N2氛围下颗粒物热重特性分析确定颗粒物中各组分含量；较小粒径级颗粒物吸附的SOF越多，其失重峰值速率越大。通过FWO法拟合计算得到soot氧化反应活化能。触媒的加入可明显降低干碳烟氧化活化能，主要体现于起燃温度、燃尽温度及其失重速率峰值温度等特征参数上；据此，可实现不同含量下不同种类触媒催化性能的甄别和评判。(3)利用索氏萃取并蒸馏提纯后并进行气相色谱-质谱分析，得到颗粒物SOF中各有机物的种类和含量，为后继颗粒物的生物毒性研究提供基础数据。(4)通过研究颗粒捕集器过滤体的结构参数如孔道宽度、孔道长度、壁面厚度、壁面渗透率和入口流速对压降和捕集过滤效率的分布与影响因素，为优化颗粒捕集器的效能提供技术支持。. 最后以分级捕获的不同粒度汽车尾气颗粒物混悬液（100μg/ml）染毒A549细胞，用RT-PCR法检测细胞TNF-α、IL-6及NF-κB（P65）基因表达、用Western Blot法检测胞浆及核内NF-κB（P65）蛋白表达、用MTT法测定细胞存活率、同时测定细胞培养上清液中乳酸脱氢酶（LDH）、胞内超氧化物歧化酶（SOD）的活性以及胞内丙二醛（MDA）生成量，由此研究颗粒物对生物的毒性机理，提出合理有效的控制措施的建议。. 课题从多学科交叉结合的角度，解决了汽车尾气颗粒物采集、分级、颗粒特性检测与规律分析、不同粒径颗粒物的生物毒性机理等研究内容之间的相互衔接、递进互补的问题。