溴酸盐是在水的臭氧消毒过程中生成的一种持久性的潜在致癌物。然而，近些年来，有越来越多的证据表明溴酸盐出现在了天然水体中，在某些区域溴酸盐的浓度高达400-2000 μg/L，远超过世界卫生组织（WHO）所规定的水体中溴酸盐的浓度限值（10 μg/L）。若还原为溴离子，由溴酸盐所带来的健康风险可大幅降低。有文献报道在冰冻条件下激发态的腐殖质可显著促进溴酸盐的光还原（Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 8368−8375）。在天然水体中，除腐殖质外，还存各种低分子量有机物（LMWOs），包括小分子双酮类化合物，如乙酰丙酮（AA）。张淑娟教授课题组此前的研究表明，AA是一种光活性化合物，能够高效转化各种含氧酸盐（Water Res. 2017, 124, 331−340；Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 10011−10018；J. Hazard. Mater. 2020, 400, 123306），其自身被光解为各种LMWOs（Water Res. 2016, 101, 233−240）。然而，目前为止，尚未见有关于LMWOs对BrO3-光化学转化影响的报道。
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为更好的理解溴酸盐在天然水体中的归趋，本文重点研究了乙酰丙酮（AA）及其它14种水体中常见小分子有机酸、醛、酮、醌和醇对溴酸盐光化学转化的影响。实验结果表明，多数LMWOs可有效促进BrO3-的光还原。相较于小分子酸类LMWOs，AA的自身光解更快，但转化溴酸盐的能力与酸、醛类物质相当。值得注意的是，在UV/AA转化BrO3-的体系中，不存在消毒副产物中间体—次溴酸（HBrO）的累积，也无常见三卤甲烷类（THMs）和卤乙酸类（HAAs）消毒副产物的生成，检测到的最终产物以无机溴离子为主。本研究进一步分析了LMWOs的光子吸收率及分子结构与其促进溴酸盐光化学转化的关系，同时结合理论分析，确定了溴酸盐光解的两条路径：1) 激发态溴酸盐光解生成活性溴，氧化LMWOs；2) LWMOs光裂解为碳中心自由基等活性物种，还原BrO3-。上述途径通过充氮排氧和自由基捕获等实验进行了验证。
该研究阐明了LMWOs对BrO3-光化学转化的促进效果和机制，对深入理解实际水环境中溴酸盐的光化学过程有一定的参考价值。这一研究成果于2021年2月7日在线发表于ACS ES&T Engineering（https://doi.org/10.1021/acsestengg.0c00244)。文章第一作者为陈志豪博士，通讯作者为张淑娟教授。