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炭黑、黑碳與煤煙：它們之間有何微妙差別？
在保持環境健康與人類安全的議題中，煤煙（Soot）、炭黑（Carbon Black）以及黑碳（Black Carbon）這三者的定義常常混淆不清。這篇文章將解析這三者之間的精細差別，並探討其對環境和健康的影響。
煤煙是由不完全燃燒烴類化合物所產生的不純碳粒子的集合，其被視為一種具有致癌性的危險物質。
煤煙的定義與特性
煤煙是一種主要由碳基微粒組成的物質，這些微粒源自有機燃料（例如木材或化石燃料）不完全燃燒的過程。根據科學家的不同領域，其定義可能有所不同。對於大氣科學家來說，煤煙的定義可能著眼於環境影響，而毒理學家可能更關心其對健康的影響。
在煤煙的形成過程中，通常會出現高溫的聚合反應，這意味著煤煙不僅僅是燃燒過程的結果，還包括其他高溫過程。
煤煙的化學成分通常包含多環芳香烴（PAHs），這些物質被國際癌症研究機構（IARC）視為已知的人類致癌物。
炭黑的產生
炭黑是工業生產的一種粉狀碳化物，自19世紀起就開始大量生產。炭黑幾乎完全由元素碳組成，主要用於生產橡膠、油墨和塗料等產品。與煤煙不同的是，炭黑是在高度控制的條件下生產的，目的是獲得均勻粒徑和特性。
炭黑的生產不是由燃燒或炭化工藝所產生，而是專門為了某種商業用途而進行的化學過程。
黑碳的環境影響
黑碳這個術語由大氣科學家引入，引指對氣候變遷有著顯著影響的光吸收碳質顆粒。與煤煙不同，黑碳是由不完全燃燒過程中非故意產生的，通常包含較低比例的元素碳。這些黑碳顆粒於短期內會對全球變暖產生影響，其程度甚至僅次於二氧化碳（CO2）。
黑碳由於其強的光吸收特性，當被大氣中的水分和氣體混合後，會加劇全球變暖。
煤煙的來源與影響
煤煙可來自多種來源，包括家庭的壁爐、工廠的焚燒爐、柴油機等。這些不同來源的煤煙對人體健康的潛在影響引起了廣泛的關注。例如，煤煙中的微粒物質（PM2.5）與多種呼吸系統疾病有關，例如慢性肺病和心臟病。
研究顯示，長期暴露於包含煤煙的城市空氣污染中，會增加冠狀動脈疾病的風險。
煤煙的模型與應用
由於煤煙的形成機理複雜，科學家們在模型化煤煙的過程中通常使用不同的模型方法，包括經驗模型、半經驗模型和詳細理論模型。這些模型有助於理解煤煙的形成過程及其在各種燃料條件下的行為。
儘管現代計算技術的進步使詳細理論模型越來越可行，但煤煙形成機理的準確建模仍然面臨挑戰。
煤煙的歷史應用
在歷史上，煤煙曾被用於製造藝術漆和鞋油，隨著印刷工業的發展，它依然在印刷油墨中發揮著重要的作用。這些應用顯示了煤煙在不同時期的多重價值。
煤煙、炭黑和黑碳雖然都涉及碳質物質的形成，但其來源、特性和影響卻大相逕庭。這些不同之處在某種程度上決定了我們如何理解和處理這些物質所帶來的健康風險和環境挑戰。在未來，我們是否能夠更有效地減少這些有害物質的排放，保障我們的健康與環境的可持續發展呢？
