河北
几十年来，供水企业一直依赖装满离子交换树脂珠的大型水箱，从饮用水中去除高氯酸盐这种有害的工业污染物。这个系统的工作原理是让带负电的高氯酸根离子吸附到带正电的树脂珠上，让净化后的水从水箱中流出。但这一过程留下了一个棘手的问题：吸附了高氯酸盐的树脂珠必须再生处理，否则就只能当危险废物处置。
如今，加州大学河滨分校的研究人员开发出一种由微小钌纳米颗粒制成的催化剂，能够有效分解高浓度高氯酸盐。
这项发表于《ACS Central Science》期刊的突破性研究，有望实现高氯酸盐被离子交换树脂捕获后的销毁处理。这项研究由加州大学河滨分校博士后研究科学家高金宇主导，负责监督的化学与环境工程副教授刘金勇表示，这有可能减少饮用水处理过程中产生的危险废物，并让树脂珠得以重复使用。
这一进展正值美国环境保护署着手制定首个国家饮用水高氯酸盐标准之际，而加州早在近二十年前就已经率先制定了相关标准。
高氯酸盐是一种用于火箭推进剂、炸药、烟花和其他含能材料的化学品。它在某些自然环境中也会天然存在。这种化合物已经污染了全美各地军事设施、国防制造基地和其他工业场所的地下水。
健康风险与更严格的法规
一旦摄入，高氯酸盐会干扰甲状腺吸收碘的能力，扰乱调节生长、代谢和大脑发育的激素的正常生成。婴儿、幼儿和孕妇尤其容易受到危害。
加州多年来一直对饮用水中的高氯酸盐实施监管，并将最高污染物水平（MCL）设定为不超过十亿分之六。与此同时，美国国家环境保护局（EPA）最近重新着手制定国家饮用水标准，预计此举将带动处理技术的需求。
刘表示，目前的处理系统能有效去除高氯酸盐，但无法将其彻底分解。
适用于中性pH的催化剂
刘的团队此前开发的催化剂可以在酸性或碱性条件下破坏高氯酸盐。这种新催化剂是该团队开发的首款能在室温、中性pH条件下快速起作用的催化剂，而大多数饮用水处理系统正是在这种条件下运行的。
“这让我们有了一套完整的工具，”刘说。“我们现在有了能在酸性、碱性和中性条件下起作用的催化剂系统，使我们能够应对更广泛的现实水处理应用。”
该催化剂以钌纳米颗粒为核心，并用一种名为顺式-DACH的有机含氮化合物加以强化。两者协同作用，在室温和正常大气压下将高氯酸盐快速转化为无害的氯化物，也就是食盐中天然含有的那种离子。
与早期的催化剂系统不同，这种新催化剂在含有硝酸盐（另一种常见的地下水污染物）的水中仍然有效。以前的催化剂遇到硝酸盐可能会失效，往往需要另外增加处理步骤。新催化剂先去除硝酸盐，然后继续分解高氯酸盐，从而简化了整个净化流程。
聚焦浓缩废水流
研究人员表示，离子交换树脂再生过程中会产生浓缩废水流，这项技术在处理这类废水流时可能特别有用。此外，国防制造、炸药处置等设施排放的高污染工业废水中，高氯酸盐浓度远高于饮用水，这项技术对这些废水的处理也可能特别有效。
刘表示，这种催化剂最终可以配合现有的水处理系统使用，而不是取代它们。
“离子交换仍然是去除饮用水中高氯酸盐最快的方法，”他说。“我们的目标是提供一种更好的方法，把浓缩高氯酸盐捕获之后再销毁掉。”
处置或再生树脂变得更复杂了，因为现在的树脂珠里往往不只有高氯酸盐，还含有全氟和多氟烷基物质（PFAS）。这类工业化学品性质持久，被称为“永久化学品”。
刘教授的实验室还开发了分解PFAS的技术。他说，新型钌催化剂能分解高氯酸盐，正好与这项工作互补，高氯酸盐是另一种持久性污染物，通常也用同样的处理系统从饮用水中去除。
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