野火诱发轮胎橡胶颗粒释放铬纳米颗粒的环境健康风险研究

本研究揭示了野火燃烧轮胎橡胶颗粒（TCR）导致铬（Cr）等有毒金属纳米颗粒（NPs）释放的机制。通过单颗粒电感耦合等离子体质谱（spICP-MS）技术，发现燃烧后TCR中Cr-NPs数量激增两个数量级，且颗粒形态独特。该研究为野火-城市交界区（WUI）火灾后金属纳米颗粒污染提供了首个实证，对评估呼吸道暴露风险和制定环境政策具有重要警示意义。

　　

随着全球野火频发，野火-城市交界区（WUI）燃烧人造材料引发的环境健康风险日益凸显。轮胎橡胶颗粒（Tire Crumb Rubber, TCR）作为废旧轮胎的主要再利用产物，被广泛应用于游乐场、运动场等公共场所，但其在野火中的行为机制尚属空白。更令人担忧的是，轮胎制造过程中添加的铬（Cr）、锌（Zn）等潜在有毒元素（PTEs）可能通过燃烧转化为高迁移性的纳米颗粒（NPs），直接威胁人体呼吸系统。

为揭示这一风险，美国科罗拉多矿业大学团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，以2021年科罗拉多州马歇尔火灾中烧毁的游乐场TCR为样本，结合单颗粒电感耦合等离子体质谱（spICP-MS）和扫描电镜（SEM）等技术，首次系统分析了野火对TCR中金属纳米颗粒的转化机制。

关键技术包括：1）单颗粒ICP-四极杆质谱（spICP-QMS）定量NPs元素组成；2）ICP-飞行时间质谱（spICP-TOFMS）实现多元素同步检测；3）酸消解结合ICP-MS测定体相金属浓度；4）SEM-EDS表征颗粒形貌与元素分布。样本来自火灾现场配对采集的烧毁与未烧毁TCR。

【Impact of Burning on TCR Morphology and Bulk Metal Concentrations】
SEM显示燃烧使TCR表面形成多孔结构，体相分析发现Cr浓度仅增加1.7倍，但spICP-QMS揭示Cr-NPs数量暴增100倍，且单个颗粒含Cr质量显著升高。这种"低体相浓度-高纳米释放"现象为Cr特有的转化模式。

【Conclusions and Environmental Impact】
研究发现野火使TCR释放的Cr-NPs具有独特粒径分布（<100 nm）和元素组成，其数量级增长远超Zn、Cu等其他金属。这些NPs可深入肺泡，而游乐场等场景的儿童暴露风险尤为突出。

【Environmental Implications】
研究首次证实WUI火灾中人造材料燃烧会产生新型纳米污染物。尽管体相Cr增量有限，但纳米形态的剧增使得生物可利用性显著提高，这对现有环境风险评估模型提出挑战。

该研究突破性地将野火污染与纳米毒理学交叉结合，为制定WUI火灾应急响应标准和TCR使用规范提供了科学依据。特别是Cr-NPs的独特释放规律提示，传统体相检测可能严重低估实际风险，亟需建立针对纳米颗粒的环境监测新范式。