刘超研究组在消毒过程中轮胎源污染物的转化机制与细胞毒性研究方面取得进展，相关成果以“Unveiling the mammalian cell cytotoxicity of tyre-impacted water in disinfection”为题，在线发表于Nature Water （DOI：10.1038/s44221-025-00469-w）。
气候变化导致极端降水（雨、雪）事件频发，在城市化、工业化等因素共同影响下，大量人工化学品随径流进入水体，威胁水质安全。在径流污染物中，轮胎源污染物由于高生态毒性、普遍检出性而受到广泛关注。除轮胎磨损颗粒外，人工草坪、城市基础设施中广泛使用的轮胎回收材料也是水体中轮胎源污染物的潜在来源。现有常规水处理工艺对轮胎源污染物的去除效果有限，在后续消毒过程中轮胎源污染物的细胞毒性及其驱动因子尚不明确。
研究团队以中华仓鼠卵巢细胞毒性作为风险评估手段，发现氯胺、氯、臭氧消毒可分别使受轮胎颗粒影响水体的细胞毒性提高4.0、3.0和0.4倍，是文献中报道的消毒后地表水细胞毒性的3.1–6.0倍（图1）。通过高分辨质谱非靶向分析发现，苯并噻唑类、酚类、苯甲酮类、芳香胺类等轮胎添加剂及其转化产物与消毒剂具有较高的反应活性，受影响水体消毒后细胞毒性的提升与轮胎源污染物卤代（尤其是溴代、碘代）产物的生成相关。研究团队进一步通过靶向分析结合标准品验证探究了驱动轮胎源污染物细胞毒性变化的关键组分。虽然苯并噻唑酮、二苯胍、N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺（6PPD）、6PPD-醌等33种典型轮胎源污染物对受轮胎颗粒影响水体有机碳的贡献小于5%，但其在消毒工艺中的转化对水体细胞毒性的贡献达25–36%。通过二级质谱对产物结构进行解析，识别了卤代苯并噻唑酮、卤代苯甲酮、卤代二苯胍、卤代6PPD-醌等多种潜在高毒性产物（图2）。
图1 受轮胎颗粒影响水体消毒前后的中华仓鼠卵巢细胞毒性
图2 依据高分辨质谱分析推测的典型轮胎源污染物在消毒过程中的转化机制
依据报道的水环境中轮胎颗粒浓度进行估算，轮胎源污染物影响下消毒后径流的细胞毒性最高可达消毒后地表水6倍。对于高度城市化、径流量占地表水资源量比例高的地区，需评估轮胎源污染物对水质安全的影响。研究结果揭示了轮胎源污染物在消毒过程中的转化所引起的潜在水质风险，为气候变化、城市化背景下的水质风险识别提供参考。
该论文第一作者为刘航助理研究员，通讯作者为刘超研究员。该研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目、面上项目和青年基金项目等支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-025-00469-w
环境水质学重点实验室
2025年8月1日