在能源部橡树岭国家实验室(ORNL)，科学家们正在使用一种特殊材料应对全球水资源挑战，这种特殊材料专为同时去除水中两种致命的重金属污染物而开发。

ORNL 化学科学部的 Santa Jansone-Popova 和目前在 Elementis Global 工作的 Ping Li 发现，在水资源由几种化学相似元素组成的实际条件下，一种对砷和铬具有高选择性的吸附剂。

Small杂志上报道的研究结果表明，这种新材料有可能以 2 比 1 的平衡比例捕获砷和铬。基本进步负责在砷和铬捕获之间产生协同作用，因此材料捕获的铬越多，它也可以去除更多的砷。

在世界范围内，砷和铬是饮用水中发现的两种最有害的污染物。两者都是有毒的，并可能导致有害的健康影响，例如癌症。

即使是低水平也会对生物体构成相当大的威胁，因为它会产生生物累积并逐渐达到有害量。

这些元素自然存在，但随着工业和城市化，它们在环境中的存在随着广泛的采矿、生产和制造的副产品而增加。排放物会影响空气、土壤和水，但饮用水被认为是最普遍的接触途径。

就水而言，这些金属溶解形成砷酸盐和铬酸盐氧阴离子或盐，其化学性质类似于水中天然存在的有利矿物质，例如硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和硝酸盐。砷酸盐和铬酸盐在水中的流动性很强，影响深远。

它们不会退化，并且在周围永久存在而不会受到干扰。需要有针对性的方法将这些金属从对生态系统至关重要的有害矿物盐中分离出来。

Jansone-Popova 是 ORNL 小组的成员，该小组专门研究吸附剂和材料，这些吸附剂和材料旨在针对特定元素并将其固定在表面上。吸附剂在回收有价值的金属或消除周围污染物方面具有广泛的应用。

Jansone-Popova 补充说：“挑战在于设计出能够有效分离微量有害元素的材料，这些有害元素与水中发现的大量化学物质非常相似。”

就吸附剂设计而言，选择性是关键。由于材料表面提供的空间有限，因此目标是仅抓住目标元素并在吸附剂填满并需要回收或更换之前尽可能多地捕获。

选择性差的材料无法准确识别混合环境中的目标，比如水，在这些环境中，类似的元素会争夺空间。

早些时候，Jansone-Popova 领导了一种对铬酸盐具有高选择性的吸附剂的设计，这种吸附剂可以快速发挥作用，并且在存在竞争物种的情况下可以净化水。

发表在《环境科学与技术》杂志上的一项研究表明，这种新型材料有助于在一分钟内将铬酸盐的浓度降低 100 倍（百万分之 1 至十亿分之十），并达到低于允许限值一个数量级的水平由美国环境保护署确定。

与 Ping Li 的合作建立在当前方法的基础上，希望建立一个仅用一种材料捕获砷酸盐和铬酸盐的框架。

Li 表示：“我们的起始材料在捕获最具毒性的六价铬形式的铬方面非常有效，但该方法并非旨在对砷具有选择性。然而，随着这种反应的发生，材料会发生变化，从而为新化学物质创造了一个平台。”

科学家们改变了原来的结构，将捕获的铬 6 减少到毒性较小的状态，铬 3。此外，铬 3 具有提供结合砷酸盐的锚点的优势。新结构允许化学反应产生稳定的铬酸盐 - 砷酸盐簇，这些簇强烈地结合在表面上。

结果以永久方式有效地捕获毒素，因为在没有通过化学处理有意去除的情况下，它们不会从过滤材料中洗掉或分离。

“我们利用六价铬的有效捕获引入了一种新的结构，该结构也可以与砷结合，”李说。

砷酸铬酸盐曾用作加压处理木材的添加剂，为该结构提供了灵感。

该小组已为该结构申请了专利，并正在与合作者合作将该方法扩展到其他环境污染物。