第169次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

环境质谱和新污染物分析及毒理研究http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb67a3c2e_r36_1200k.mp4
蔡宗苇教授香港浸会大学

传统持久性污染物的存在以及新兴人造化学品的生产数量和种类的逐年增加对环境生态和人类健康造成了严重威胁。近年来国家逐步重视新污染物的环境分析和毒理研究。新污染物种类多样、浓度低、基质复杂，需要高效、精准、灵敏的分析技术。因此，环境质谱的作用愈加重要。作为广泛采用的轮胎橡胶添加剂6PPD的氧化产物6PPD醌最近被确认能在低剂量下引起银鲑鱼等多种鱼的急性死亡。我们率先合成了6PPD醌的标准物质及其同位素标记标准物，通过应用基于高分辨质谱的筛选策略，发现鉴定了多个新PPD醌，确认其在水体，土壤和大气等多种环境介质的广泛分布，并依据定量结果对不同人群、不同场景下的多途径暴露风险进行了评估。通过多组学、现代生物学和细胞学技术等手段，探究PPD醌对生物体的毒性作用机制。我们也深入研究使用多年的化学物质的新毒性，如作为广谱杀菌剂大量生产和使用的三氯生（TCS）。近期研究发现了肠道微生物酶会发挥调节作用，把TCS的无活性葡糖苷酸二相代谢物，在人体肠道重新激活转化为有毒的TCS并导致结肠毒性。该结果揭示了肠道微生物参与TCS代谢和毒理的重要机制，提出了环境新污染物毒性研究新思路。
土壤微界面调控及固碳修复原理
陈宝梁教授浙江大学

土壤污染、酸化退化与碳密度降低是亟须解决的重大挑战，其中关键科学问题是土壤精准绿色修复原理，基础是微界面行为识别，核心是长效绿色调控材料。生物炭在土壤固碳、减排、修复领域应用潜力巨大。经深入系统研究，在土壤动态微界面行为、生物炭多级结构与效应调控、土壤固碳修复原理等取得重要进展：（1）建立了有机污染物与土壤有机质相互作用和反应的原位动态识别方法，提出了有机质吸附-相变-锁定有机物三步作用机理，被国际同行称为Chen-Xing相变模型(Chen-Xing’s phase transition model)。（2）揭示了生物炭中元素-相态-表面-分子的多级结构本质特征及其定量规律，拓展了碳基材料内外层多维结构的认知，提出了生物炭表面酸/碱官能团种类、含量及解离常数 pKa集成表征方法，突破了复杂固体表面pKa精确定量的国际难题。（3）揭示了生物炭的多级结构与效应关系及其精准调控原理，首次报道富铁的磁性生物炭，开启了生物炭功能化研究新方向；提出富硅生物炭(Sichar)新概念得到2018年诺贝尔化学奖获得者Arnold院士高度赞赏。（4）发展了生物炭调控土壤固碳减排修复的一体化原理，提出了生物炭增强吸附富集-强化土著微生物降解的修复方法，建立了碳-硅耦合土壤固碳减排修复理论，为土壤安全调控提供科学依据。
大气环境中化学反应机制http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb683e539_r36_1200k.mp4
陈建民教授复旦大学

大气中复杂的化学反应及其组分变化对空气质量、人类健康、生态系统和气候变化产生重要影响，该研究从大气中主要发生的非均相反应机理、多相化学机制、云雾化学过程等出发，系统阐述大气典型大气化学反应形成雾霾污染的成因机制、大气环境健康等，揭示含铁矿尘表面吸附氧及表面羟基形成硫酸盐的反应机理（ES&T, 2001；ES&T, 2006），打破了国际上混合气溶胶形成硫酸盐表现出完成不同于单一组分的特性的原有认识，并发现气-水界面有机物光诱导反应机理（JACS, 2015；ES&T, 2022）；主导开展我国超大城市、农村污染地区、高山、长江江面、近海海面（njp CAS, 2022）等特色外场观测，发现超大城市有机胺成核机制（Science, 2018），提出我国PM2.5爆发增长大气化学诱导机制及调控原理（Environ. Poll., 2019）以及云雾水化学过程有机物的形成机制（iScience, 2023）；创新研制出国际首台气溶胶富集浓缩系统（US11733133B2, 2023），成功实现了更小粒径的PM1.0化学组分在线识别并发现NO2-含量丰富具有潜在的健康风险（ES&T, 2021）, 揭示了微纳塑料已经成为城市大气PM2.5重要组分（ES&T, 2024），阐明了生物基聚乳酸微塑料在胃肠道酶解产生过量的纳米塑料颗粒具有生物积累及急性炎症效应（Nat. Nanotech., 2023）。研究成果为改善区域空气质量与控制策略提供了科学支撑。
基于细颗粒活性调控的重金属污染控制化学理论及应用
林璋教授中南大学

我国重金属产排量全球第一，污染形势极为严峻，当前，重金属污染防治已经进入深水区。传统环境化学理论关于重金属以游离或矿物形态存在的认知，无法填补真实环境和污染控制过程中重金属以高活性微纳尺度细颗粒赋存这一认知空白。细颗粒化学特征和调控行为研究缺失，已经严重制约到重金属污染风险预判和精准管控。汇报人聚焦细颗粒的活性与重金属分离规律这一关键核心问题，在国家杰青、基金委重点、科技部重点研发的持续支持下，20年来围绕细颗粒环境行为、细颗粒活性调控、实际体系控制验证开展了系统的理论研究和应用实践，破解了重金属危废（废渣、废液）污染精准防治难题。主要科学贡献为1）探索了典型环境适配场景下细颗粒的反应动力学，揭示了颗粒本征因子与环境因子协同加速化学反应新机制及其环境意义。2）提出了基于生长的细颗粒界面性质活化/钝化调控方法，揭示了表界面调控细颗粒非经典生长深度分离/稳定污染物新原理。3）结合重金属危废这一环保领域世界性难题，发明重金属危废细颗粒矿化法资源化治理技术，构建重金属危废物相识别-矿化分离-界面稳定全流程组合技术与工艺。技术被列入国家清洁生产先进技术目录，率先在我国特/大型环保、化工、冶炼企业工程化应用，实现了重金属资源最大化环境污染最小化。
化学精准识别引导的环境健康研究http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/13/20260113_19bb68d8a12_r36_1200k.mp4
刘倩研究员中国科学院生态环境研究中心

我国目前面临复杂的环境污染形势，虽然近年来的污染控制卓有成效，但环境污染的毒性效应造成的急性或慢性疾病高发风险不容忽视。目前我国许多区域性疾病高发的环境污染诱因尚不明确。解决这些环境健康问题亟需建立“污染过程—人体暴露—人体响应—疾病发生”的全局研究路线，在暴露组学、超痕量测量与溯源方法学、分子流行病学、环境大数据和人工智能等交叉领域取得突破。尤其是需完善和应用非靶向分析和效应导向分析方法，对疾病病因的辨识则需要结合化学溯源工具来追踪暴露标志物的来源。通过人体内外源污染物的识别、表征和来源解析，才能阐明污染物在人群和个体中的真实赋存状态和跨生物屏障转运机制，建立内暴露和外暴露的关系，揭示污染物在人体内的生命周期和致病机制。

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第169次：环境与生态化学