生物柴油与乙醇混合燃料对柴油机颗粒物化学特性及细胞毒性的影响研究

【编辑推荐】为应对柴油机颗粒物(PM2.5)引发的健康与环境危机，研究人员系统评估了葡萄籽生物柴油(DGs10)、咖啡渣生物柴油(DC10)、桉树油生物柴油(DEu10)及乙醇混合燃料(DEt10)对PM化学组成（WSTC/WSOC/WSIC）、氧化活性（热重分析）及细胞毒性（ROS/IL-6/TNF-α）的影响。结果表明，DGs10可显著降低PM碳含量、提升氧化活性并减少细胞死亡率，为可再生燃料应用提供科学依据。

　　

随着全球空气污染问题日益严峻，世界卫生组织(WHO)数据显示，99%人口暴露于超标PM_2.5环境中，每年导致约700万例过早死亡。柴油车排放的颗粒物(PM)作为核心污染物，不仅诱发肺癌、心血管疾病，还通过水溶性组分对生态系统造成长期危害。尽管电动汽车等替代方案涌现，但其续航、成本等局限性使生物柴油混合燃料成为更具现实意义的过渡选择。然而，现有研究对生物柴油PM的化学特性与细胞毒性缺乏系统评估，这正是澳门大学团队在《Environmental Pollution》发表的研究试图填补的空白。

研究采用能量色散X射线光谱(EDS)、有机碳分析仪(OCA)和热重分析仪(TGA)等技术，结合人肺细胞模型，对比分析了纯柴油(D100)、三种生物柴油混合燃料(DGs10/DC10/DEu10)及乙醇混合燃料(DEt10)在1100 rpm和1760 rpm怠速工况下的PM特性。样本通过改装柴油机直接采集，规避了颗粒过滤器(DPF)的干扰。

Test rig, fuels, and PM collection procedure
实验选用四缸柴油机，移除DPF以获取原始PM。通过燃料管线改装实现混合燃料供给，确保实验条件可控。

Fuel properties and PM mass
生物柴油混合燃料表现出更高的运动粘度、十六烷值和密度，但热值低于纯柴油。PM质量分析显示，乙醇混合燃料DEt10的排放量最低，而DGs10在生物柴油中减排效果最优。

Conclusions
化学特性方面，所有混合燃料均显著降低PM碳含量（DGs10降幅达27%），提升氧含量与氧化活性（活化能降低35%）。细胞毒性测试表明，DGs10使细胞死亡率下降42%，ROS生成减少31%，炎症因子IL-6和TNF-α释放量仅为纯柴油的54%和63%。值得注意的是，乙醇混合燃料虽在化学特性改善上更显著，但其细胞毒性波动较大，可能与不稳定燃烧产生的醛类副产物有关。

讨论部分强调，葡萄籽生物柴油(DGs10)因其稳定的化学改性能力（增加PM氧碳比至0.68）和细胞保护作用，成为最具应用潜力的可再生燃料。该研究不仅为生物柴油健康风险评估建立新范式，还为政策制定者推广低毒性替代燃料提供了数据支撑。未来研究需进一步验证实际行驶工况下的PM特性，并探索生物柴油与后处理技术的协同效应。