于敦喜解析納米顆粒物污染
日前，為控制采暖期燃煤污染，蘭州、西安、太原等地的環保部門紛紛對燃煤鍋爐進行拉網式檢查，重點檢查除塵設施運行是否正常、燃煤質量是否合格等等。這是因為進入采暖期后，隨著大量燃煤采暖鍋爐投入運行，這些城市就進入了大氣污染最嚴重的時期。
煤燃燒會造成嚴重的大氣污染。除了常見的污染物，如硫氧化物和氮氧化物之外，煤燃燒過程還產生大量的納米顆粒物。對這些納米顆粒物（空氣動力學直徑小于100nm的顆粒物），傳統的除塵設備并不能有效去除，因此它們很容易進入大氣，不僅污染環境，影響大氣能見度，導致交通事故頻發，還會對人體健康造成嚴重的潛在危害。
發表在《科學通報》2008年第21期上的《燃煤納米顆粒物的物化特性及其潛在健康危害》一文就對燃煤納米顆粒物的物理化學特性及其健康效應進行了深入探討，指出燃煤納米顆粒物是人體健康的“隱形殺手”。
國內缺乏相關研究
論文第一作者華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室副教授于敦喜接受記者采訪時指出：“顆粒物已成為我國城市空氣中的首要污染物，然而迄今國內對燃煤納米顆粒物的物理化學特性及其健康效應還知之甚少。”
國內研究目前主要關注PM10和PM2.5（空氣動力學直徑分別小于10μm和2.5μm的顆粒物），而缺乏對燃煤納米顆粒物的相關研究。
國外對燃煤納米顆粒物的研究主要集中在三個方面：形成機理及其物理化學特性；對人體健康的影響機理；降低健康影響的相關技術。
燃煤納米顆粒物具有十分復雜的形成途徑、物理形態和化學構成，不同于大氣中其他來源的納米顆粒物。于敦喜說：“較小的粒徑、較大的比表面積、有毒痕量元素的富集等特點是導致健康損害的重要原因。目前國外已有研究發現，可以通過某些技術來降低燃煤納米顆粒物的健康影響。”
正是由于國內在此方面的研究還十分缺乏，為提升人們的健康意識，提高對燃煤納米顆粒物健康效應的重視，加強基礎研究，從而為我國大氣環境的改善奠定基礎，于敦喜及其所在的研究團隊開始著手燃煤納米顆粒物的理化特性及其健康效應的研究。
含有害元素
于敦喜等針對特定污染源——燃煤電廠——排放的納米顆粒物展開研究。
“納米顆粒物研究的難點，一方面在于往往無法對其進行更細致的粒徑分級，如當前很多采樣系統的最小切割粒徑不能達到100nm以下；另一方面，傳統的掃描電鏡由于分辨率的限制，不能對納米顆粒物進行有效表征。”于敦喜說。
針對上述難點問題，于敦喜等利用分辨率較高的低壓撞擊器將典型燃煤鍋爐產生的納米顆粒物細分成三個粒度段，作者采用高放大倍數（40萬倍）場發射電子顯微鏡和聚焦型掃描X射線熒光能譜儀對其進行了詳細的物化特性表征。
研究結果表明：從物理形態上，燃煤納米顆粒物包含離散的一次顆粒及其聚結體。一次顆粒主要為20～150nm的球形或近球形光滑顆粒，而其聚結體的尺寸可達500nm以上；從化學組成上，燃煤納米顆粒物包含無機和有機兩類，其中無機納米顆粒物主要由無機成灰元素構成，而有機納米顆粒物則主要由元素C構成，同時它們都含有有害過渡元素和重金屬元素。
于敦喜等還發現，同一燃煤鍋爐生成的納米顆粒物具有相似的化學構成，主要含硫、難熔元素和堿金屬/堿土金屬元素，而對不同的燃煤鍋爐，納米顆粒物的生成量及其元素組成存在較大差異。
健康危害大
于敦喜指出：“燃煤納米顆粒物的物理化學特性與其潛在毒理學效應密切相關。”
顆粒粒徑決定了顆粒在人體呼吸系統中的沉積行為。粗顆粒（2.5～10μm）主要附著在上呼吸道內，細顆粒（0.1～2.5μm）大部分沉積在下呼吸道中，而納米顆粒（<0.1μm）則能深入末端呼吸道甚至肺泡中，從而為顆粒物的進一步遷移以及毒害作用的發生創造了條件。
于敦喜說：“我們的研究結果表明，燃煤納米顆粒物的直徑多在0.1μm之下，這些細小顆粒一旦排入大氣，具有較長的懸浮時間和較遠的擴散距離，容易被人體所吸入。”而且，納米顆粒物具有比粗顆粒更高的比表面積，因此可保持很高的生物活性，能導致氧化應激甚至DNA的損害，這些影響被認為是導致癌癥發生的可能原因。
除顆粒粒徑之外，顆粒復雜的化學組成也是造成健康危害的重要因素。于敦喜等的研究結果顯示，燃煤納米顆粒物并非由單一組分構成，通常是多種不同成分的混合體。如無機顆粒物包含硫、硅、鋁、鈣、鐵、鈉、鉀、鎂、磷等元素，尤其是還含有一定數量的過渡元素和其他重金屬元素如銅、鋅、錳等，因此其毒理學效應更為復雜。
“納米顆粒物中硫的含量可達30％以上，它通常以硫酸、亞硫酸或硫酸鹽的形式存在于顆粒表面，具有很強的生物活性。”于敦喜告訴記者：“硫酸污染可使眼、黏膜和皮膚產生十分強烈的刺激性反應，并可抑制肺中顆粒物的清除。亞硫酸的吸入可導致哮喘病，對敏感群體如小孩及哮喘病患者的影響尤其嚴重。”
碳黑作為一類重要的納米顆粒物，其健康危害早已為人們所了解，如可能導致癌癥和呼吸系統疾病。于敦喜指出：“燃煤過程產生的碳黑并非單一含碳顆粒，能譜儀分析表明還含有硅、鐵、鋅、銅等元素。而已有研究發現，燃煤碳黑通常與硫及鐵的氧化物結合在一起，其反應性得到較大提高，因此可能產生比純碳黑顆粒更大的危害。”
因此，對燃煤納米顆粒物及其健康效應的深入研究，不僅有利于燃煤顆粒物的風險評價，提升國民的健康意識，而且有利于相關環保法規的制定以及顆粒物控制技術的研究與開發。
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