《Journal of Cleaner Production》：Unravelling the atmospheric occurrence and partitioning of emerging PAH derivatives from the coking industry: Mechanistic insights into 9,10-anthraquinone formation
编辑推荐：
•对焦化厂及其周边区域的新型多环芳烃衍生物进行了表征。•污染水平随距焦化厂距离的增加而降低（P < 0.05）。•炭黑吸附与非平衡效应主导了多环芳烃衍生物的气/颗粒分配。•密度泛函理论揭示了由·OH引发、O2加成以及NO介导的9,10-蒽醌形成过程。•优先降低NO排放可有效减
• 对焦化厂及其周边区域的新型多环芳烃衍生物进行了表征。
• 污染水平随距焦化厂距离的增加而降低（P < 0.05）。
• 炭黑吸附与非平衡效应主导了多环芳烃衍生物的气/颗粒分配。
• 密度泛函理论揭示了由·OH引发、O2 加成以及NO介导的9,10-蒽醌形成过程。
• 优先降低NO排放可有效减缓多环芳烃向毒性醌类物质的转化。
引言 多环芳烃（PAHs）是一类由多个稠合苯环组成的有机污染物，广泛存在于大气、水体和土壤中（Mulder等，2015）。其主要来源包括化石燃料燃烧、生物质燃烧和工业生产过程（Yan等，2019）。PAHs通过呼吸、饮食和皮肤接触途径威胁人体健康（Deng等，2024）。长期暴露于PAHs可导致呼吸系统和心血管疾病，甚至诱发癌症（Li等，2023a）。除母体PAHs外，其衍生物如杂环多环芳烃（HPAHs）、含氧多环芳烃（OPAHs）和烷基化多环芳烃（APAHs）因具有更高的毒性和致癌性而日益受到关注（Altarawneh和Ali，2024；Gao等，2024；Morshead等，2025）。
多环芳烃衍生物的气/颗粒分配（G/P分配）对其环境影响、暴露风险和转化过程至关重要（Hu等，2019；Ma等，2020）。气相化合物更容易在较大范围内传输和扩散，而颗粒相化合物虽然不易参与大气化学反应，但对当地居民构成更严重的威胁。因此，研究PAHs的G/P分配对于全面了解其大气行为具有重要意义。目前，基于平衡理论的J-P和H-B吸附模型（Goss和Schwarzenbach，1998；Pankow，1987）、基于稳态近似理论的L-M-Y模型（Li等，2015）以及考虑颗粒相中炭黑相吸附的D-E吸附模型（Zhu等，2022）是半挥发性有机物（SVOCs）G/P分配的主要研究模型。然而，现有大多数模型基于通用SVOCs行为建立，忽视了多环芳烃衍生物的具体结构、特性和环境条件（Zhu等，2023）。因此，HPAHs、OPAHs和APAHs等衍生物的G/P分配仍需进一步研究，尤其是在复杂的工业和居民环境中。准确预测多环芳烃衍生物的G/P分配对于评估其环境风险、制定有效管控策略至关重要。
焦化工业是重工业发展的重要组成部分。然而，其生产过程中排放了大量污染物（Liu等，2009；Mu等，2012）。在焦煤生产过程中，煤炭在高温缺氧条件下进行热解，产生焦炉煤气、煤焦油和焦炭。随着煤炭的高温焚烧和不完全燃烧，大量脂环烃、芳香烃、PAHs及其衍生物被排放到大气中（Deng等，2023；Wen等，2024）。此外，泄漏、熄焦和运输过程中的无组织排放进一步促进了PAHs及其衍生物的释放。排放的PAHs及其衍生物还会经历复杂的大气转化过程，生成更多潜在有害的衍生物。例如，PAHs可与羟基自由基（·OH）、NOx 和O2 反应生成OPAHs（He等，2023；Titaley等，2019）。在复杂的焦化环境中，大量烷基化衍生物以及含氮、含氧和含硫的杂环多环芳烃（HPAHs）也可直接生成并排放到大气中（Altarawneh和Ali，2024）。这些排放和转化过程使得焦化区域成为新型多环芳烃衍生物的重要来源。因此，研究焦化工业中多环芳烃衍生物的排放特征并阐明其大气转化机制具有重要的科学意义。
这些新型衍生物可能对人体健康和生态系统构成比母体化合物更大的风险。然而，在焦化区域等复杂工业环境中，多环芳烃衍生物在富含炭黑的雾霾气溶胶和反应性NOx /氧化剂存在条件下的G/P分配行为和二次大气形成机制仍然知之甚少。本研究将典型焦化厂（TCP）及其周边居民区的现场观测数据与模型解释和机理分析相结合，以表征新型多环芳烃衍生物的发生模式，解析其空间分布特征，并阐明控制其分配和形成的过程。通过明确将环境测量数据与G/P分配控制因素及理论上合理的转化途径联系起来，本研究对焦化排放的环境影响进行了全面评估，并为制定更有效的污染控制策略提供了科学依据。
章节摘要 样品采集 样品采集工作分别于2020年11月和2021年10月进行了两次。采集了典型焦化厂中四个不同工序的样品，并在厂区周围10 km × 6 km的网格范围内采集了环境空气样品。采样期间气象条件为晴或阴（表S1），数据来源于当地气象局（
http://shanxi.weather.com.cn/ ）。共采集了36个PM
2.5 样品，采用石英纤维滤膜
TCP颗粒相中的多环芳烃衍生物 本课题组先前的非靶向筛查发现，焦化厂工人的尿液样品中含有高浓度的高毒性多环芳烃衍生物（Li等，2023a、2023b）。基于这些严重的内暴露发现，本研究调查了外污染特征，重点关注∑17 HPAHs、∑8 OPAHs和∑6 APAHs的大气发生情况。图1展示了冷鼓工序（CDP）中采集的多环芳烃衍生物浓度，
结论 本研究对TCP及其周边区域多环芳烃衍生物的特征、大气行为和形成机制进行了全面调查。结果表明，焦化生产过程是大气多环芳烃衍生物的重要来源。OPAHs是PM2.5 中的主要污染物，浓度高达4.41 × 104 pg/m3 ，其中9,10-蒽醌为丰度最高的化合物；而HPAHs和APAHs则主要存在于气相中。CDP是
作者贡献声明 邓威强： 撰写—初稿，资源，方法学，调查，形式分析，数据管理。温美程： 撰写—审阅与编辑，监督，基金获取，形式分析。任录欣： 方法学，形式分析。黄进： 方法学，数据管理。王露： 数据管理。张学林： 数据管理。熊举坤： 验证，方法学。雍雪： 撰写—审阅与编辑，验证，形式分析。马涛： 方法学，形式分析。王显宇：
利益冲突声明 作者声明，他们不存在任何已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢 本研究得到了国家自然科学基金 （42377364和42077332）、广东省杰出青年自然科学基金 （2022B1515020051）、广州市科技计划项目 （202201010149）和中国留学基金委员会 （202508440151）的资助。
邓威强 | 温美程 | 任录欣 | 黄进 | 王露 | 张学林 | 熊举坤 | 雍雪 | 马涛 | 王显宇
