第七届青年地学论坛

    铬酸铅颜料是一类广泛使用的无机重金属颜料。全球每年铬酸铅消费量约为9万吨，铅使用量占全球铅消耗量的约3％。现有铬酸铅颜料安全限量标准仅从其溶解度出发，忽视了光化学过程可能产生的影响。本文考察了太阳光照下商业铬酸铅颜料(PbCrO₄)释放重金属Pb(II)和Cr(III)的动力学过程，以及颜料物化性质的变化。表征结果显示，实验用的商业铬酸铅颜料为单斜晶系铬酸铅。作为一种半导体材料，其带隙为 2.41 eV，可被波长< 514nm的光子激发，这包含相当范围的可见光谱部分。动力学结果表明，铬酸铅颜料在只有光照的条件下，仅有少量Pb(II)和Cr(III)释放。但小分子酸的加入可显著促进铬酸铅颜料的光溶解过程。随着光照时间增加，铬酸铅颜料颗粒逐渐变小，Pb/Cr比例逐渐下降。光反应产生的Pb(II)多进入到溶液中，而Cr(III)则多以氢氧化物或氧化物的形态留存于固相中。颜料色彩随着光照逐渐由明黄色变为黄绿色。光电流实验结果揭示了铬酸铅颜料的光溶解机制：铬酸铅颜料受光子激发后产生电子和空穴，由于其电荷分离效率较低，仅有少量光生电子可还原Cr(VI)，因此Pb(II)和Cr(III)释放量很小。小分子酸可作为电子供体猝灭光生空穴，提升颜料的电荷分离效率，显著促进Pb(II)和Cr(III)释放，导致颜料加速溶解。这与我们之前揭示的硫硒化镉（镉红）颜料光溶解机制有显著不同。硫硒化镉颜料激发后电荷分离效率很高，其光生空穴可以直接氧化晶格，导致其光溶解。在这种情况下，天然有机质反而会通过光屏蔽和猝灭光生空穴抑制硫硒化镉颜料的光溶解过程。本文进一步在自然条件下证实了该发现。文章指出光化学过程是铬酸铅颜料释放重金属的主要机制。未来，无机颜料产业需要更为科学和严格的风险评估和行业标准来管控半导体无机颜料的环境风险。

无机颜料；光化学；重金属；土壤污染