典型聚氯乙烯制品中短链和中链氯化石蜡的室温释放动力学研究及其环境意义

为解决PVC制品中短链和中链氯化石蜡（SCCPs/MCCPs）释放机制不明的问题，研究人员通过定制排放舱和机理模型，首次量化了四种典型PVC产品中SCCPs（0.0084?0.74 μg/(m2·min)）和MCCPs（0.0079?0.17 μg/(m2·min)）的室温释放速率，揭示了其从表面挥发到内部扩散的动力学转变。该研究为构建精准的CPs排放清单和评估人体暴露风险提供了关键数据支撑。

　　

塑料制品在现代生活中无处不在，其中聚氯乙烯（PVC）因性能优异被广泛应用于建材、电缆等领域。然而，PVC中常添加的氯化石蜡（CPs）——尤其是被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物（POPs）的短链氯化石蜡（SCCPs）和候选POPs中链氯化石蜡（MCCPs）——可能通过缓慢释放污染环境。尽管中国2019年PVC制品释放了约2.2千吨SCCPs和0.5千吨MCCPs，但室温下的释放机制始终成谜。这种认知空白严重阻碍了精准评估CPs的环境归趋和人体暴露风险。

为破解这一难题，中国科学院生态环境研究中心等机构的研究团队创新性地设计了低吸附排放舱，结合遗传算法建立的单体特异性定量方法，系统研究了四种典型PVC制品（管道、地板、垫子、电缆）中CPs的释放规律。研究发现，SCCPs和MCCPs的释放速率分别达0.0084?0.74 μg/(m²·min)和0.0079?0.17 μg/(m²·min)，且释放动力学呈现两阶段特征：初期以表面挥发为主导，后期转为材料内部扩散控制。值得注意的是，SCCPs释放量半衰期仅0.48–2.2年，而MCCPs因挥发性较低表现出更持久的释放潜力。该成果发表于《Journal of Hazardous Materials》，为全球CPs排放清单的修订提供了时变排放因子算法。

关键技术包括：1）采用低吸附不锈钢排放舱（25±0.5°C）结合Tenax TA吸附管捕获气相CPs；2）基于GC-Orbitrap-MS的高通量检测与遗传算法辅助的单体定量；3）整合Fick扩散定律与边界层理论的机理模型模拟长期释放行为。

主要结果

1. 测试材料特性：SEM显示PVC管道和地板表面致密，而垫子具多孔结构。CPs总含量差异显著（SCCPs 427–5884 μg/g，MCCPs 614–6220 μg/g），氯含量均超58%。
2. 释放速率差异：电缆释放的ΣSCCPs速率最高（0.74 μg/(m²·min)），地板最低；MCCPs释放速率普遍低于SCCPs，但多孔垫子的MCCPs释放持续性更强。
3. 释放动力学：C₁₀-CPs初期释放占比达78%，但随材料表层CPs耗尽，C_14–17-MCCPs成为主导释放组分。
4. 模型预测：30年周期模拟表明，SCCPs在PVC管道中的累积释放量在第5年达峰值，而MCCPs可持续释放20年以上。

结论与意义
该研究首次阐明CPs从PVC制品中释放的时变规律：挥发性较高的SCCPs虽初期释放剧烈但衰减快，而MCCPs因持续释放可能造成更长期的环境累积。所建立的机理模型成功量化了材料特性（如孔隙率）与CPs物化性质（如蒸气压）对释放行为的交互影响，为CPs的"源头-暴露"关联研究提供了新范式。鉴于人类80%时间处于室内，且PVC制品广泛存在于建筑环境，该成果对修订室内空气质量标准、优化POPs管控策略具有重要指导价值。研究团队特别指出，当前对LCCPs（长链氯化石蜡）的释放研究仍属空白，未来需拓展至更广泛的塑料添加剂体系。