大气污染通常指空气环境中气体或固体颗粒等污染物含量超标,以至对人体及其它生物造成危害。许多呼吸道疾病均被证明与大气污染直接关联,其中,最严重的恶性疾病之一便是肺癌。因大气污染,宣威是我国肺癌致死率最高的地区之一。有研究表明宣威肺癌率的高发主要与当地生活及生产燃煤造成的大气污染紧密相关。在宣威燃煤颗粒物中发现有大量含铁矿物颗粒,如绿泥石,高岭石等被认为可能在该地区高肺癌发病率的机制中发挥了重要作用,并有研究指出这些颗粒中的可溶铁在氧化态与还原态之间的变化而产生的具有潜在毒性的自由基物种是对人体健康造成危害的根源之一。基于此,本文在实验室条件下探究了宣威煤中含量较多的富铁矿物在不同物理化学环境下的酸解,包括绿泥石在酸解时间、p H值、温度、固液比、粒径等因素下的酸解过程,以及绿泥石、伊利石、高岭石和黄铁矿在不同酸性环境以及不同酸度中可溶铁的溶出情况,用以模拟矿物颗粒在自然环境条件下所处的酸性环境中不同含铁矿物铁的释放规律。并在此研究基础之上,进一步模拟当地居民的生活方式,利用安德森大流量五级采样器通过实验室自行设计的采样系统采集原煤,包括光明,李家屋和沾益原煤)以及相应底灰,同时采集不同粒径的燃煤颗粒物用以探究其中可溶铁在不同酸条件下的溶解规律及其氧化潜能和生物活性。实验中利用场发射扫描电镜以及X射线能谱(SEM-EDS)、透射电镜(TEM)、N₂吸脱附(BET)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)、X射线荧光光谱仪(XRF)等表征方法对原煤、底灰及燃煤颗粒物的物理化学性能进行表征,并通过DTT和MTT实验对其氧化还原活性及生物活性进行评估;最终通过小鼠实验详细论述了燃煤颗粒物的健康效应。本文主要结论如下:(1)宣威煤中所含的富铁矿物绿泥石、伊利石和高岭石作为多层结构粘土,在不同酸性条件下其溶解过程均呈现出多阶段的特点,即初始溶解速率较快,随后为可溶性铁浓度的持续缓慢增加。在同样条件下的铁溶解速率顺序为黄铁矿>伊利石>绿泥石>高岭石。较高的温度、较低的固液比和较小的粒径能够很大程度上促进矿物铁的溶解过程。(2)对于光明,李家屋,沾益原煤、底灰、及燃煤颗粒物以及其中所含的富铁矿物,高浓度的H⁺由于具有较高的酸强度,更容易破坏矿物的结构从而释放出矿物中的结构铁和层间铁,且一般Fe(II)在酸性溶液中的溶解都比Fe(Ⅲ)容易。当H⁺浓度降低时,一般更有利于Fe(II)在这些含铁矿物中的溶解(除硝酸外);在溶解过程中硫酸对各含铁颗粒物整体溶解能力最强,其次是盐酸和硝酸。(3)富铁矿物(绿泥石、伊利石、高岭石和黄铁矿)、原煤、底灰、燃煤颗粒物酸性可溶铁的氧化潜能(DTT)分析表明在酸溶液中溶解铁均表现出明显的氧化潜能,且随着反应的进行,溶液中溶解铁浓度的增加,样品的氧化潜能呈现上升趋势,此变化趋势与溶液中可溶铁的浓度的变化呈现出明显的对应关系,尤其对应于溶液中二价铁的变化。对于原煤、底灰和燃煤颗粒物,同一样品中,底灰的溶解铁其氧化还原活性最高,其次为原煤溶解铁,燃煤颗粒物的溶解铁氧化还原活性最低。整体而言,沾益样品的氧化还原活性最高,其次是李家屋和光明样品,此氧化潜能结果也与相同条件下溶液中可溶铁的浓度顺序一致。溶解铁经树脂螯合后氧化潜能下降,但颗粒物溶铁液的氧化潜能仍随着粒径的增大而增大,表明氧化潜能与Fe²⁺离子具有直接相关性。同时螯合后样品的氧化潜能高低仍然表现为底灰>原煤>燃煤颗粒物,这实际也还是样品的溶铁能力顺序。(4)原煤底灰及燃煤颗粒物酸性可溶铁的生物活性(MTT)分析显示酸性条件下溶铁能力最强的底灰同样表现出了最强的细胞毒性,其次是5级颗粒,4级颗粒和原煤,粗颗粒的细胞毒性最差。螯合后的样品毒性明显的降低且下降比例与二价铁酸性溶液相当。不同原煤底灰和燃煤颗粒物样品的全样组分实验表明燃煤颗粒物整体表现为粒径越小毒性越大,并且样品颗粒本身的毒性比之自身的水溶性金属离子的毒性要大的多。(5)雾化吸入超细燃煤颗粒物(5级)诱发小鼠肺肿瘤的研究表明超细燃煤颗粒物(<1.1μm)基本均可对小鼠肺部造成损伤,尤其是光明、李家屋和沾益燃煤颗粒物全样组分的损伤程度最大,同样地,这些全样组分对小鼠血清中的Ig G、Ig E以及小鼠肺组织匀浆中炎症因子TNF-α、IFN-γ、IL-4、IL-13影响亦是最大。除全样组分外,水溶性组分如可溶性Fe(II)同样能对小鼠肺部造成损伤,且这些肺炎性损伤均有致癌风险。