Группа инженеров Калифорнийского университета в Риверсайде разработала катализатор для удаления опасного химического вещества из воды на Земле, который также может сделать марсианскую почву более безопасной для сельского хозяйства и помочь в производстве кислорода для людей, исследующих Марс.
Перхлорат, отрицательный ион, состоящий из одного атома хлора, связанного с четырьмя атомами кислорода, встречается в естественных условиях в некоторых почвах на Земле и особенно распространен в марсианской почве. В качестве мощного окислителя перхлорат также производится и используется в твердом ракетном топливе, фейерверках, боеприпасах, инициаторах подушек безопасности для транспортных средств, спичек и сигнальных ракет. Это побочный продукт некоторых дезинфицирующих средств и гербицидов.
Из-за его повсеместного распространения как в почве, так и в промышленных товарах, перхлорат является обычным загрязнителем воды, вызывающим определенные заболевания щитовидной железы. Биоаккумулируемые перхлораты накапливаются в тканях растений, и большое количество перхлоратов, обнаруженных в марсианской почве, может сделать выращенную там пищу небезопасной для употребления, ограничивая возможности для поселений людей на Марсе. Перхлораты в марсианской пыли также могут быть опасны для исследователей. Современные методы удаления перхлората из воды требуют либо суровых условий, либо многоступенчатого ферментативного процесса для понижения степени окисления элемента хлора до безвредного хлорид-иона.
Докторант Чансю Рен и Цзиньонг Лю, доцент кафедры химической и экологической инженерии инженерного колледжа Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, черпали вдохновение в природе, чтобы уменьшить содержание перхлоратов в воде при атмосферном давлении и температуре за один простой шаг.
Рен и Лю отметили, что анаэробные микробы используют молибден в своих ферментах для уменьшения перхлората и сбора энергии в условиях кислородного голодания. Предыдущие попытки создать химический молибденовый катализатор для восстановления перхлоратов не увенчались успехом. Многие другие металлические катализаторы либо требуют суровых условий, либо несовместимы с водой.
Исследователи попытались сымитировать сложный процесс снижения содержания перхлората микробов с помощью упрощенного подхода. Они обнаружили, что простым смешиванием обычного удобрения, называемого молибдатом натрия, обычного органического лиганда, называемого бипиридином, для связывания молибдена, и обычного активирующего водород катализатора, называемого палладием на угле, они получили мощный катализатор, который быстро и эффективно разрушал перхлорат в воде. использование газообразного водорода при комнатной температуре без сгорания.
Новый катализатор снижает содержание перхлората в широком диапазоне концентраций, от менее 1 миллиграмма на литр до 10 граммов на литр. Это делает его пригодным для использования в различных сценариях, включая очистку загрязненных грунтовых вод, очистку сильно загрязненных сточных вод от производства взрывчатых веществ и обеспечение обитаемости Марса.
Статья с подробным описанием была опубликована в Журнале Американского химического общества. Вполне возможно, что улучшенная версия катализатора станет частью полезной нагрузки одной из следующих роботизированных миссий к Красной планете, которая приблизит человечество на один шаг в сторону колонизации Марса.
