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作者与机构
本研究的作者包括Yue Luo（1,3）、Wenchao Huang（2）、Fujian Xu（4）、Xinfeng Zhang（3）、Shentao Yang（4）和Jin Luo（1）。研究机构分别来自Sichuan Analysis and Testing Service Center（1）、Sichuan University（2）、Chengdu University of Technology（3）和Southwest Minzu University（4）。论文发表于Journal of Soils and Sediments，2024年7月5日在线发表。
学术背景
汞（Hg）是一种具有神经毒性、生物累积性和持久性的重金属，对生态系统和食品安全具有严重危害。土壤中的汞污染主要来源于人类活动，如燃煤发电、工业过程和采矿等。现有的汞污染治理方法通常存在高能耗、操作复杂、修复周期长和二次污染等问题。因此，本研究旨在开发一种低能耗、操作简单、修复周期短且无二次污染的汞污染治理方法。研究的主要目标是通过光化学气相生成（Photochemical Vapor Generation, PVG）和介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）捕获系统，从土壤中有效去除可溶性汞（Hg2+），并将其转化为固态汞（HgO）进行富集。
研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 系统搭建与实验设计
研究团队构建了一个由光化学气相生成器（PVG）和介质阻挡放电捕获器（DBD）组成的系统。PVG用于将土壤中的可溶性Hg2+转化为气态Hg0，DBD用于捕获和富集气态Hg0。实验采用四川黄壤作为研究对象，模拟Hg污染的土壤样品，并添加50.0 mg L−1的Hg2+溶液。
2. 光化学反应优化
研究首先优化了光化学反应的条件，包括光源选择（紫外光与可见光）、光还原剂（甲酸、乙酸、甲醇、乙醇）的浓度、载气（空气）流速等。实验结果表明，紫外光源、7.5%甲酸和0.30 L min−1的载气流速是最佳条件，能够在1小时内实现95.0%的Hg2+去除率。
3. 干扰离子实验
为了评估系统对共存金属离子的抗干扰能力，研究在土壤中添加了15种常见金属离子（如K、Na、Ca、Mg等），每种离子浓度为50.0 mg L−1。实验结果显示，系统对这些离子具有较高的抗干扰能力，Hg2+去除率仍保持在89.3%至96.7%之间。
4. 土壤适应性测试
研究进一步测试了系统在10种不同类型土壤中的适应性，包括四川黄壤、黑龙江黑土、山东黄棕壤等。结果表明，该系统对所有测试土壤均具有良好的Hg2+去除效果，尤其是在四川黄壤中表现最佳。
5. DBD捕获器性能测试
研究对DBD捕获器的性能进行了详细研究，包括捕获器长度、载气种类和流速对气态Hg0捕获率的影响。实验结果显示，DBD捕获器在14 cm长度和0.30 L min−1空气流速下，气态Hg0的捕获率接近100%，饱和吸附容量为20.3 mg。
6. 产物分析
通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对DBD捕获器中的沉积物进行分析，证实了沉积物主要为HgO，且分布均匀。
主要结果
1. 光化学反应效率
在最佳条件下，系统对土壤中2.00 mg L−1的Hg2+去除率达到了95.0%，且在15种干扰离子存在下仍能保持高效去除。
2. DBD捕获器性能
DBD捕获器对气态Hg0的捕获率接近100%，饱和吸附容量为20.3 mg，有效避免了二次污染。
3. 土壤适应性
系统在10种不同类型土壤中均表现出良好的Hg2+去除效果，显示出广泛的应用潜力。
4. 产物分析
DBD捕获器中的沉积物主要为HgO，证实了系统的矿化能力。
结论与意义
本研究开发了一种基于PVG-DBD系统的土壤汞污染治理方法，具有低能耗、高效、绿色和操作简单的特点。该方法不仅能够高效去除土壤中的可溶性Hg2+，还能将气态Hg0转化为固态HgO进行富集，避免了二次污染。研究结果表明，该系统适用于多种土壤类型，且对共存金属离子具有较高的抗干扰能力。该技术的应用前景广阔，可为土壤汞污染的治理提供一种高效、环保的解决方案。
研究亮点
1. 高效去除率
在最佳条件下，系统对土壤中Hg2+的去除率达到了95.0%。
2. 广泛适用性
系统在10种不同类型土壤中均表现出良好的Hg2+去除效果。
3. 无二次污染
DBD捕获器对气态Hg0的捕获率接近100%，有效避免了二次污染。
4. 低能耗与操作简单
系统总功率仅为33 W，且操作简单，适合大规模应用。
5. 抗干扰能力强
系统对15种常见金属离子具有较高的抗干扰能力，适合复杂土壤环境。
其他价值
本研究不仅为土壤汞污染的治理提供了一种新方法，还为光化学气相生成和介质阻挡放电技术的应用提供了新的研究方向。此外，该系统的成功开发为其他重金属污染的治理提供了借鉴和参考。