近日，华南师范大学应光国教授、赵建亮研究员团队刘悦弘等人在《Environmental Science & Technology》上发表了题为“Hydrophilicity and Material Type Govern the Aqueous Release of Rubber-Derived Chemicals: Insights from Extractables and Leachables of Road-Related Materials”的文章 (DOI: 10.1021/acs.est.5c09371)。
图文摘要
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本研究首次系统比较了六类典型道路相关材料（轮胎、减速带、交通锥、水管、沥青混凝土、泡沫板）中的橡胶衍生化合物（Rubber-Derived Chemicals, RDCs）组成与浸出行为，揭示了材料类型与化合物亲水性共同控制其在水体中的释放特征。研究发现，轮胎中RDCs含量最高（1080 μg/g），其后依次为减速带、交通锥、水管、沥青混凝土和雪弗板。多种RDCs的浸出比例超过65%，表明其具有显著的水环境释放潜力。亲水性强（log Kow低）的化合物更易浸出释放。估算显示，中国每年轮胎磨损颗粒及其RDCs排放量分别达128万吨和1385吨。
引言
轮胎添加剂及其转化产物也称作橡胶衍生化合物（RDCs），广泛存在于轮胎及交通设施中，常作为抗氧化剂、硫化促进剂和增塑剂使用。近年来，轮胎防老剂6PPD及其转化产物6PPD-Q被证实可导致鲑鱼急性死亡事件，引发全球关注。然而，目前研究多聚焦于轮胎磨损颗粒，对其他道路材料如减速带、交通锥、沥青等的RDCs释放特征仍缺乏系统认识。本研究通过统一的“溶出物-浸出物”框架，定量解析多种道路材料的RDCs组成与释放潜力，为城市RDCs污染溯源与绿色道路材料开发提供科学依据。
图文导读
通过扫描电镜观察发现，除轮胎外，其他道路材料在光老化后表面均出现明显粗糙化与颗粒突起。轮胎因含大量抗氧化剂（约占RDCs总量的30%）表现出良好的抗老化能力，这些添加剂可有效捕获自由基、延缓降解过程。
Fig. 1. Scanning electron microscope (SEM) images of the surface of samples from the five types of road-related materials, including unaged, 180, and 365 d photoaging durations. Note: SEM images of asphalt concrete were unavailable since it melted during surface morphology testing.
六类道路材料中的RDCs组成差异较大：轮胎RDCs含量最高（1080 μg/g），远高于减速带（90.3 μg/g）和交通锥（37.4 μg/g）。而沥青混凝土与雪弗板中RDCs含量极低（μg/g）。6PPD、BTH与DCU为最普遍检出且含量最高的三种化合物。不同品牌间差异显著，如个别轮胎品牌RDCs总量高出其他品牌10倍以上。研究发现，轮胎中特有的7PPD可考虑作为轮胎特征化学标志物。
Fig. 2. The profile of 35 rubber-derived chemicals (RDCs) in extractables (A) and leachables (B) of six road-related materials. The data presented in the figure represent the mean concentrations of RDCs across different aging stages of the materials (μg/g), aiming to better reflect their release behavior throughout the material life cycle.
浸出物中RDCs浓度整体低于溶出物，但部分化合物的浸出比例高达85%以上。橡胶类材料主要释放抗氧化剂，而塑料与沥青类则以硫化促进剂为主。部分高浓度RDCs在短期内未浸出，如2-Me-S-BTH、2-OH-BTH、DPPD-Q等，它们被定义为长期潜在浸出物，可能在环境中持续释放。
Fig. 3. Long-term potential leachable rubber-derived chemicals (RDCs) in six road-related materials (n = 9). The concentrations in the figure are the mean concentrations of RDCs in extractables of the corresponding materials, μg/g.
RDCs在雨水中的浸出比例（LER）与log Kow呈显著负相关：亲水性越强，浸出效率越高。例如，log Kow较低的HMMM、Caprolactam等在多种材料中溶出比例超85%。这说明化合物极性特征与材料基质的亲疏水性共同决定了RDCs的环境释放模式。
Fig. 4. The correlation between mean ratios of leachables/extractables (LER) and log KOW of rubber-derived chemicals in different road-related materials.
研究估算，中国34个地区轮胎磨损颗粒年排放量约为128万吨，其中RDCs排放约1385吨。山东、广东、河北、江苏、河南为主要贡献省份。RDCs排放量与地区GDP显著正相关（R² = 0.73），反映经济发达地区车辆密集、排放更高。
Fig. 5. The annual emissions of (A) tire wear particles and (B) total rubber-derived chemicals from 34 regions in China.
结论与研究意义
本研究首次揭示了道路相关材料的RDCs组成及其水环境释放规律，指出轮胎等橡胶制品是城市RDCs污染的核心源头；化合物亲水性与材料类型是决定RDCs释放的关键因子；需关注“长期潜在浸出物”的长期生态风险。未来，应加强材料绿色配方设计与高毒性RDCs替代物研发，开展轮胎磨损颗粒及RDCs在城市地表径流中的迁移归趋研究，建立RDCs排放模型，为城市非点源污染管理提供数据支撑。
致谢
本研究受到国家自然科学基金（NSFC U21A2036）、广东省自然科学基金（2024A1515011195和2022B1515020088）以及广东省特支计划（2024TX08A357）的支持。
论文链接:
Liu, Y.-H.; Mei, Y.-X.; Huang, Z.; Zheng, X.-M.; Huang, M.; Zhang, H.-Y.; Zhao, J.-L.; Ying, G.-G., Hydrophilicity and Material Type Govern the Aqueous Release of Rubber-Derived Chemicals: Insights from Extractables and Leachables of Road-Related Materials. Environmental Science & Technology 2025, 59, (39), 21332-21342. DOI: 10.1021/acs.est.5c09371.