上海海洋大学EST Letters：轮胎磨损与空气排放-氯化石蜡排放研究揭秘中国多车型轮胎中的潜在环境风险

文摘 2025-01-10 12:03 浙江

摘要

无处不在的车辆运行导致轮胎添加剂通过轮胎磨损颗粒（TWP）和空气排放持续进入环境。对于轮胎中丰富的添加剂氯化石蜡（CPs），仍存在重大的知识空白。本研究调查了中国轿车、SUV、卡车和货车同型号的报废轮胎和新轮胎中的短链、中链和长链 CPs（SCCPs、MCCPs 和 LCCPs）。2018 年报废轮胎中的 CP 含量范围为 81 - 245μg/g（平均 137μg/g），2023 年新轮胎中的 CP 含量范围为 6 - 183μg/g（平均 71μg/g），以 SCCPs 和 MCCPs（主要是C_13-14为主）。在 SUV、卡车和货车轮胎中观察到 2018 - 2023 年期间 CPs 呈下降趋势。轮胎质量评估和模拟空气排放实验表明，在轮胎的整个使用寿命中，轮胎磨损颗粒（TWP）排放和空气排放分别约占轮胎总 CP 负荷的 20%和 6%。与其他含 CP 产品相比，TWP 排放使轮胎在传播 CPs 方面效率显著更高。据估计，中国每年从 TWPs 排放的 CPs 为 160 吨，其中轿车和重型卡车占主要贡献。本研究增进了对轮胎中 CPs 的存在和环境排放的理解，并强调了轮胎衍生 CPs 的重大影响。

- 研究背景：

在当今社会，轮胎作为机动车的关键安全部件，在支撑车辆重量、吸收路面冲击以及保障行驶安全方面发挥着不可或缺的作用。中国作为全球轮胎制造的领军国家，2023 年的轮胎产量高达 9.87 亿条，占据全球市场份额的 56.5%。

轮胎的生产过程中会添加数百种化学物质，这些物质约占轮胎组成的 14%，旨在提升轮胎的耐磨性、性能和使用寿命。然而，车辆在行驶过程中，轮胎与路面的摩擦会产生磨损颗粒（TWPs），同时这些化学物质也会释放到空气中，导致人类和环境持续暴露在潜在风险之下。

氯化石蜡（CPs）作为一种广泛应用的化学物质，在塑料、橡胶等行业中常用作增塑剂、阻燃剂和润滑剂。在轮胎中，CPs 的存在状况及环境排放问题却一直未得到充分研究。此前仅有少量研究涉及中国和欧洲的报废汽车轮胎中的 CPs，且对于不同车型（包括新轮胎）的相关数据极为有限。此外，虽然有研究估算了轮胎和其他橡胶产品的 CP 排放率，但却忽略了轮胎磨损这一重要排放途径，可能导致对实际排放情况的严重低估。

- 研究方法

- 轮胎采集与处理：选取轿车、SUV、货车和面包车的 10 种轮胎型号，包括新轮胎和 2018 年报废轮胎，对轮胎切割、称重并采样，经粉碎和过筛预处理。

- 排放率估算：依据国标修改后方法，对部分新轮胎进行模拟空气排放实验，计算 CPs 空气排放率，并确定轮胎中 CPs 的三种排放途径（磨损、报废和空气排放）的质量。

- CPs 分析：采用特定样品制备方法，用 UHPLC - ESI - Orbitrap - MS 分析 CP 同系物，并设置质量保证与控制措施。（文末附件中有具体参数）

- 研究结果

- CPs 含量：在所有轮胎中均检测到 CPs，报废轮胎中含量为 81 - 245μg/g（平均 137μg/g），新轮胎为 6 - 183μg/g（平均 71μg/g），以 SCCPs 和 MCCPs 为主。2018 - 2023 年，SUV、货车和面包车新轮胎中 CPs 呈下降趋势，轿车轮胎无显著差异。

图 1.2018 年生产的报废轮胎与 2023 年生产的相同型号新轮胎之间的 CP 浓度比较。（a）轮胎中的总 CP 浓度。（b）各种车辆轮胎中的 SCCP、MCCP 和 LCCP 浓度。

- 排放途径：模拟实验得出轿车、SUV 和货车轮胎 CPs 空气排放率为 4.6% - 7.3%，轮胎磨损和空气排放分别约占轿车、SUV 和货车轮胎总 CP 负荷的 20%和 6%。卡车轮胎年排放率最高，达 19%，远超其他含 CP 产品。

图 2.（a）新轮胎中的总 CP 质量。（b）新轮胎的环境排放途径的相对贡献。（c）轮胎和其他含 CP 产品的 CP 年排放率（数据来自 Chen 等人）

- 中国排放情况：中国每年通过 TWPs 排放的 CPs 约 160 吨，重卡和轿车是主要排放源，SUV 和轻型卡车各占约 10%，摩托车和轻型车辆贡献可忽略。与欧洲相比，中国排放更高，且大部分 TWPs 进入土壤。

- 研究结论：SUV、货车和面包车轮胎 CPs 从 2018 年到 2023 年呈下降趋势，中国轮胎 CPs 排放需持续监测。轮胎磨损是 CPs 排放主要途径，电动汽车增长可能增加轮胎 CPs 排放，管理重卡轮胎 CPs 可控制约 40%的总轮胎排放，需进一步研究重卡轮胎中 CPs 及其他添加剂。

APA 引用格式

Du, X., Sun, G., Yuan, B., Wu, Y., & Lin, T. (2025). Unveiling Chlorinated Paraffin Emissions via Tire Wear and Airborne Release from Various Types of Tires. *Environmental Science & Technology Letters*, doi:10.1021/acs.estlett.4c01032

附件：UHPLC - ESI - Orbitrap - MS 分析 CP 同系物参数

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