轮胎磨损颗粒表面反应异质性驱动 redox 激活增强活性污泥硝酸盐去除：光电化学-胞外聚合物（EPS）协同机制解析

《Journal of Hazardous Materials》：Surface Reactivity Heterogeneity-Driven Redox Activation of Tire Wear Particles Enhances Nitrate Removal in Activated Sludge: Unraveling Photoelectrochemical-Extracellular Polymeric Substances Synergy

　　本研究揭示了轮胎磨损颗粒（TWPs）通过表面活性组分（如EPFRs、过渡金属）与活性污泥胞外聚合物（EPS）的光电化学协同（EEC=31.6[O/C], R2=0.97），在10 mg/L浓度下显著提升硝酸盐去除率至96.8%，为利用颗粒污染物环境化学优化氮循环提供了新策略。

　　

^hHighlights^/h

^hPreparation of TWPs from various road interactions^/h

本研究以装配碳黑轮胎（米其林PS3型号）的小型汽车为研究对象，通过滚动摩擦（R-TWPs）、滑动摩擦（S-TWPs）及低温破碎（C-TWPs）三种方式制备初始轮胎磨损颗粒，严格遵循先前研究方法。

^hCharacterization results of basic properties of TWPs^/h

SEM分析显示：C-TWPs表面光滑带脆性断裂痕，R-TWPs和S-TWPs（尤其是后者）呈现粗糙褶皱表面并附着颗粒物，表明其高温生成特性。EDS检测证实颗粒与胎面成分相似，硫、锌、硅等元素可作为TWPs的特征标识物。

^hConclusions^/h

本研究表明，滑动摩擦产生的TWPs因富含含氧官能团而表现出显著电子交换容量（EEC）。当以10 mg/L浓度加入活性污泥体系时，TWPs通过其光化学特性（EEC/EPFRs）与胞外聚合物（EPS）（尤其是humic acid介导的电子传递）的协同作用，大幅提升硝酸盐去除效率（达96.8%），同时抑制亚硝酸盐积累。这一发现揭示了TWPs表面反应异质性如何调控其与微生物基质的氧化还原相互作用，为利用颗粒污染物的环境化学特性优化氮循环及城市水生态系统管理提供了新思路。

^hEnvironmental Implication^/h

10 mg/L浓度下的轮胎磨损颗粒（TWPs）通过光化学-胞外聚合物（EPS）协同作用增强活性污泥硝酸盐去除效能，揭示了其在优化氮循环中被忽视的潜力。表面反应异质性决定了TWPs的氧化还原相互作用，使其能通过humic acid介导实现高效电子传递。虽然环境低浓度（0.1 mg/L）风险可忽略，但受控TWPs暴露可能助力城市污水处理。