En katalysator, der ødelægger perklorat i vand, kan rense Marsjord

Ateam ledet af UC Riverside-ingeniører har udviklet en katalysator til at fjerne et farligt kemikalie fra vand på Jorden, der også kan gøre Marsjord mere sikker for landbruget og hjælpe med at producere ilt til menneskelige Mars-opdagere.

Perklorat, en negativ ion bestående af et kloratom bundet til fire oxygenatomer, forekommer naturligt i nogle jordarter på jorden, og er især rigelig i Marsjord. Som et kraftigt oxidationsmiddel, perklorat fremstilles også og bruges i fast raketbrændstof, fyrværkeri, ammunition, airbag-initiatorer til køretøjer, tændstikker og signalblus. Det er et biprodukt i nogle desinfektionsmidler og herbicider.

På grund af dets allestedsnærværende i både jord og industrivarer, perklorat er en almindelig vandforurenende stof, der forårsager visse skjoldbruskkirtelsygdomme. Perklorat bioakkumuleres i plantevæv og en stor mængde perklorat fundet i marsjord kan gøre mad, der dyrkes der, usikker at spise, begrænser potentialet for menneskelige bosættelser på Mars. Perklorat i marsstøv kan også være farligt for opdagelsesrejsende. Nuværende metoder til fjernelse af perchlorat fra vand kræver enten barske forhold eller en flertrins enzymatisk proces for at sænke oxidationstilstanden af ​​klorelementet til den harmløse chloridion.

Doktorand Changxu Ren og Jinyong Liu, en assisterende professor i kemi- og miljøteknik ved UC Riversides Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, tog inspiration fra naturen til at reducere perklorat i vand ved omgivende tryk og temperatur i et enkelt trin.

Ren og Liu bemærkede, at anaerobe mikrober bruger molybdæn i deres enzymer til at reducere perklorat og høste energi i iltsultede miljøer.

"Tidligere bestræbelser på at konstruere en kemisk molybdænkatalysator til perchloratreduktion har ikke været succesfulde, " sagde Liu. "Mange andre metalkatalysatorer kræver enten barske forhold eller er ikke kompatible med vand."

Forskerne forsøgte at efterligne den komplicerede mikrobielle perchlorat-reduktionsproces med en forenklet tilgang. De fandt ved blot at blande en almindelig gødning kaldet natriummolybdat, en almindelig organisk ligand kaldet bipyridin til at binde molybdæn, og en almindelig hydrogenaktiverende katalysator kaldet palladium på kulstof, de producerede en kraftig katalysator, der hurtigt og effektivt nedbrød perchloratet i vand ved hjælp af brintgas ved stuetemperatur uden forbrænding involveret.

"Denne katalysator er meget mere aktiv end nogen anden kemisk katalysator rapporteret til dato og reducerer mere end 99,99% af perchloratet til chlorid uanset den oprindelige perchloratkoncentration, " sagde Ren.

Den nye katalysator reducerer perchlorat i et bredt koncentrationsområde, fra mindre end 1 milligram pr. liter til 10 gram pr. liter. Dette gør den velegnet til brug i forskellige scenarier, herunder rensning af forurenet grundvand, behandling af stærkt forurenet spildevand fra fremstilling af eksplosivstoffer, og gør Mars beboelig.

"Et bekvemt katalytisk reduktionssystem kan hjælpe med at høste oxygengas fra perklorat vasket fra Mars-jorden, når katalysatoren kobles sammen med andre processer, " sagde Liu.

Papiret, "En bioinspireret molybdænkatalysator til vandig perchloratreduktion, " blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .