地下水砷污染对全球诸多欠发达地区的饮用水安全造成了严重威胁。其中，亚砷酸[As(III)]因以中性分子形式存在，很难通过传统的吸附和离子交换法处理至饮用水安全控制标准（10 ppb）。相较于As(III)，As(V)的毒性更低，且易于被去除。因此，先氧化、后吸附是去除地下水中As(III)的主要方法。氧化预处理固然可以提高对砷的深度去除能力，但是处理成本高、药剂消耗量大，而且有生成消毒副产物的潜在风险。铁/锰氧化物是除砷的主流吸附剂。然而，铁和锰在含砷地下水中广泛存在。铁的不完全去除会导致处理后的水有一定的色度，使消费者难以接受，而锰的健康风险可能比砷更大。这是在过去的除砷实践中，常被忽视的两个问题。
针对上述难题，张淑娟教授课题组利用乙酰丙酮适中的配位能力，通过简便的溶胶—凝胶法，获得了对As(III)具有超高吸附容量的钛干凝胶吸附剂（TAX）。无需氧化预处理，TAX填充柱可以有效地将模拟地下水中As(III) 的浓度从200 ppb降低至10 ppb以下，处理出水可达6000床体积以上，柱吸附容量比商用纳米金属氧化物@树脂复合物高10余倍。在除砷的同时，得益于表面锚定双酮的螯合能力，TAX还能有效吸附去除铁、锰离子及其它水中常见重金属离子。此外，钛具有良好的抑菌效果，在吸附柱的长期使用中不会滋生细菌。因此，特别适用于家庭或社区的终端净水设备。这一研究为受地下水砷污染威胁地区饮用水的净化提供了一种简便可行的方案。
上述研究成果以“Deep removal of arsenite from water with no need for pre-oxidation or in-line oxidation”为题于6月26日发表于《Chemical Engineering Journal》(https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126046)。论文第一作者为硕士研究生张晨，通讯作者为张淑娟教授，潘丙才教授在柱吸附解析方面做出了贡献，康涅狄格州农业实验站的Joseph J. Pignatello教授在文稿修改和机理解释方面给予了帮助。