综述：用于城市颗粒物和气态污染物控制的户外空气净化技术：关于效率、可持续性及健康影响的全面综述

《Science of The Total Environment》：Outdoor air purification technologies for urban particulate matter and gaseous pollutant mitigation: A comprehensive review of efficiency, sustainability, and health impacts

　　

摘要

城市空气污染每年导致约850万人过早死亡。室外空气净化技术已成为短期内应对源排放控制的补充手段。然而，目前仍缺乏关于这些技术效率、可持续性和健康影响的全面跨领域综合分析。本研究对Scopus、Embase和PubMed数据库进行了系统检索，共获得了266条记录。经过PRISMA-ScR筛选后，最终纳入了28项符合全部纳入标准的研究。研究发现，五个技术领域在净化空气方面表现突出。具体来说：

烟雾塔在最佳条件下对PM_2.5和PM₁₀的去除效率分别达到了97.8%和98.4%；

太阳能-烟囱复合系统在净化空气的同时还能发电，其净化效果与专用系统相差不超过2%至4%；

二氧化钛改性的水泥基复合材料通过同时去除NO_x和臭氧，实现了可能的碳负生命周期；

作为间接措施的路边绿带可将学校附近环境中的叶表面PM_2.5浓度降低82%。

针对室外来源PM_2.5的室内空气净化器进行健康经济建模显示，当室内PM_2.5浓度控制在35 μg/m³时，中国每年可避免93,200例过早死亡，且93%的城市可实现净经济效益。因此，在城市空气质量管理框架中整合主动和被动空气净化技术可有效减少人群暴露风险。未来研究需重点关注标准化性能指标、长期实地验证以及技术部署的公平性分析。

引言

城市空气污染是全球主要可预防的过早死亡和疾病发病率的原因之一。根据世界卫生组织（WHO）的数据，全球99%以上的人口暴露在超过至少一项WHO空气质量指南标准的环境空气中（WHO，2021年）。仅由细颗粒物（PM_2.5）造成的全球死亡人数从2010年的750万增加到2022年的850万，增长了7.6%（Romanello等人，2025年）。同期，人为产生的PM_2.5导致的死亡人数从590万增加到650万，增长了11.3%（Romanello等人，2025年）。受影响最严重的地区是南亚、东亚和撒哈拉以南非洲，这些地区主要城市的年均PM_2.5浓度通常超过WHO指南值（5 μg/m³）5至20倍（Bhatta等人，2026a, 2026b; Bhatta等人，2025a, 2025b）。WHO 2021年制定的5 μg/m³ PM_2.5指南值是一个基于健康的保护目标，并非具有法律约束力的限制标准；目前只有少数城市能达到这一标准，该标准主要用于衡量环境暴露与理想空气质量之间的差距。城市化进程加剧了这种风险：城市核心区域的PM_2.5浓度较高，而周边农村地区的浓度较低（Adhikari等人，2026年；Bhatta等人，2025a, 2025b）。

除了PM_2.5外，氮氧化物（NO_x）、地面臭氧（O₃）、二氧化硫（SO₂）和挥发性有机化合物（VOCs）等污染物也来自车辆交通、工业燃烧、农业活动以及日益频繁的气候事件（如野火），这些污染物共同导致了呼吸系统疾病、心血管疾病、肺癌、不良出生结果和生态系统退化（Acharya等人，2025年；Murray等人，2020年；Zhou等人，2025年）。WHO在2021年修订了空气质量指南，大幅提高了PM_2.5、PM₁₀、O₃、NO₂和SO₂的推荐浓度限值，但这些限值对绝大多数城市来说难以实现，从而造成了环境空气质量与基于健康的保护阈值之间的显著差距（WHO，2021年）。

源头控制是长期空气质量管理的核心，包括通过法规标准减少污染物排放、使用更清洁的燃料、推进交通电气化以及采用工业减排技术（Sahu等人，2021年）。然而，监管减排措施通常需要数十年才能显著改善环境中的PM_2.5浓度（Henneman等人，2019年；Ounsaneha等人，2026年）。在此背景下，室外空气净化技术作为一种补充策略应运而生，在空气质量管理中占据了重要但未得到充分探索的地位（Bhatta等人，2024年）。

与室内空气过滤不同，室外空气净化面临独特的工程挑战：需要在风驱动的湍流环境下运行、管理多年运行期间的能源和水资源消耗，并在季节、气象和城市形态变化较大的条件下保持高效的污染物去除能力（Boukhvalov等人，2024年；Mannan和Al-Ghamdi，2023年；Scaffaro和Citarrella，2024年；Trinh等人，2025年；Wang等人，2025年）。

尽管有明确的公共卫生理由和越来越多的研究活动，但关于室外空气净化技术的证据仍然分散在各个技术领域，尚未得到系统整合以进行跨技术比较。以往的综述仅关注特定技术领域。最近一项关于室外PM过滤的综述主要讨论了机械式和被动式过滤器，认为结合主动和被动方法可带来最大的空气质量改善效果（Trinh等人，2025年）。其他关于光催化建筑材料的综述（Arif等人，2025年；?ahin和Mardani，2024年）侧重于材料科学和NO_x去除效果，但未涉及健康影响或可扩展性。关于城市绿色基础设施对空气质量影响的综述（Chaudhuri和Roy，2025年）涵盖了生态和生理方面，但缺乏与其他技术的对比。目前尚无综述同时评估所有主要室外净化技术的效率、可持续性以及健康和经济影响，这是一个关键差距。本综述采用综合叙述方法，整合了各领域的证据，概述了当前的知识和研究重点。

三项发展凸显了这项综述的紧迫性：首先，2021年WHO指南的修订强调了那些仅靠源头控制难以达到合规标准的城市需要迅速减少污染的必要性（Bhatta等人，2026a, 2026b）；其次，北美、南欧和澳大利亚地区野火频发，导致大量人口暴露在高PM_2.5环境中，需要超出现有监管手段的快速缓解措施（Hartnett等人，2025年；RCNNDA，2020年；Woo等人，2020年；Zhang等人，2020年）；最后，自2020年以来，光催化材料、太阳能驱动的净化系统、植物生物过滤器和智能监测等技术创新迅速涌现，但缺乏为城市规划者、公共卫生专业人员和监管机构提供的综合政策指导框架（Trinh等人，2025年）。

部分摘要

方法

本综述遵循了系统评价和荟萃分析的优先报告项目扩展（PRISMA-ScR）建议（Tricco等人，2018年；Veroniki等人，2025年）。完成了PRISMA检查表，详见补充材料表S1。通过Scopus、PubMed和Embase三个主要电子数据库进行了系统文献检索，以筛选与室外空气净化技术及其效率、可持续性相关的研究。

文献检索结果

对Scopus、Embase和PubMed的检索共得到266条记录，去除22条重复记录后，根据标题筛选出244条记录，再排除89条。剩余155条记录通过摘要进一步筛选，其中66条被排除。对剩余89条记录的全文进行了评估，有61条因以下原因被排除：仅关注室内环境（n = 26条）、定量数据不足（n = 17条）或不属于评审范围。

讨论

本综述整合了28项相关研究的数据，涵盖了室外空气净化技术的五个主要领域，将效率数据、可持续性特征和健康经济影响纳入单一分析框架。结果表明，室外空气净化是一个科学可靠、技术多样且发展迅速的领域，能够在多个污染源方面快速降低城市污染物的暴露水平。

结论

本综述证明，室外空气净化在科学上具有可行性，技术手段多样，并有可能补充上游排放控制措施，提升城市空气质量。在最佳条件下，主动式烟雾塔对PM_2.5和PM₁₀的去除效率分别达到97.8%和98.4%；而基于太阳能的净化系统（实验室优化值尚未在开放环境下验证）的净化效果与专用系统相差不超过2%至4%。

Jeevan Bhatta：撰写初稿、进行数据分析。Vladimir Strezov：提供监督、方法论指导及概念框架。Paul John Beggs：提供监督、方法论指导及概念框架。Orapin Laosee：负责验证及监督。Piyapong Janmaimool：负责软件相关工作。Cheerawit Rattanapan：撰写、编辑及修订初稿，同时提供监督和方法论指导。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系或个人关系：Cheerawit Rattanapan表示文章发表费用由玛希隆大学提供；她与玛希隆大学存在雇佣关系。其他作者均声明没有已知的财务冲突或个人关系。

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