大气汞在矿质氧化物表面的形态转化机制

The inter-transformation of atmospheric speciated mercury have an important effect on the transportation and deposition of atmospheric mercury. As an important constitute of atmospheric particles, mineral dust act as an active carrier for the heterogeneous transformation of many pollutants. Recent studies have shown that the mineral oxide Fe2O3 in the atmosphere promote mercury to escape into the gas phase. To solve this problem, in this project, mineral oxides Fe2O3, TiO2 and SiO2 are selected as a model of mineral dust to study the transformation of atmospheric mercury on its surface, and investigate the microscopic reaction mechanism of atmospheric mercury on the surface of particulate matter; and impacts of environmental factors, constitutes of fine particles and air pollutants on the kinetics and pathways of transformation will also be studied. The results of this study will provide scientific evidence for a thorough understanding of transformation mechanism of atmospheric mercury under complex pollution conditions, and for the fully assessment of mercury global cycle in the troposphere.

汞在大气环境中形态转化是影响大气汞传输尺度和沉降速率的关键过程。矿质颗粒物作为大气颗粒物的重要组成部分，具有很大的比表面积和较强的吸附性，能充当许多污染物质非均相转化的活性载体并起到催化作用。最新研究表明大气环境中矿质氧化物Fe2O3可使汞向气相逃逸。本项目拟针对这一问题，选取大气矿质氧化物的活性组分Fe2O3、TiO2及SiO2作为模拟物，研究Hg0在其表面的形态转化过程，探讨大气汞在颗粒物表面的微观反应机理以及复合条件下大气汞的形态转化机制；系统考察不同环境条件下（温度、湿度、光照强度等）、颗粒物粒径及组分（NH4+、NO3-、SO42-、Cl-以及有机酸）和气态污染物（SO2、NOx、O3）对大气汞形态转化速率和路径的影响。为全面理解复合污染条件下气态汞在实际大气环境中形态转化机制及规律，深入认识大气汞的环境化学归趋提供重要的科学信息，综合评估大气汞的全球循环提供的科学依据。

大气汞的排放和区域输送是国内外关注的重要课题之一。近年来，我国城市大气污染（特别是气溶胶污染和臭氧污染）日益加剧，而气态汞在颗粒物表面的吸附分配乃至气态汞与颗粒物的相互作用成为气态汞沉降的重要途径，进而可能改变大气汞的沉降速度。因此研究大气颗粒物中汞的形态变化，对于解明大气汞的循环及区域输送机制具有重要的意义。研究了颗粒物中汞的形态与其他组分的相互依存关系；在淀山湖点同步采集气态汞，研究了气态汞在颗粒物表面的吸附特征，结合霾污染日和非霾污染日的污染特征，探讨了颗粒物吸湿性可能对汞存在形态的影响。通过相对湿度（RH）及温度对分配系数（Kp）进行多元线性回归分析了气态汞在颗粒物表面吸附的影响因素。结果发现，温度对分配系数（Kp）的影响比RH的影响大。随着颗粒物中海盐离子（Na+、Cl-及Br-）比例的升高，气固分配系数逐渐增大，表明海盐气溶胶更有利于Hg2+的附着；而颗粒物中的碳组分尤其是EC可有效捕获Hg2+，但由于有机碳对Hg2+的吸附能力弱，甚至可能将Hg2+还原成Hg0，从而导致碳组分增加而分配系数的增长趋势并不显著。霾污染期间大气形态汞中RGM的增加速率最快，颗粒物中汞浓度升高较为缓慢，但颗粒物中的汞平均含量低于非霾期间。比较霾与非霾日气态Hg2+的分配系数发现霾污染期间由于颗粒物含水率升高，颗粒物表面的液相反应增强且液相环境酸度提高，霾污染期间气态汞向颗粒态转化的趋势减小。