Een team onder leiding van UC Riverside-ingenieurs heeft een katalysator ontwikkeld om een ​​gevaarlijke chemische stof uit het water op aarde te verwijderen die ook de bodem op Mars veiliger zou kunnen maken voor landbouw en zou kunnen helpen bij het produceren van zuurstof voor menselijke Mars-ontdekkingsreizigers.

perchloraat, een negatief ion bestaande uit één chlooratoom gebonden aan vier zuurstofatomen, komt van nature voor in sommige bodems op aarde, en komt vooral veel voor op Marsgrond. Als een krachtige oxidator, perchloraat wordt ook vervaardigd en gebruikt in vaste raketbrandstof, vuurwerk, munitie, airbag-initiatoren voor voertuigen, lucifers en signaalfakkels. Het is een bijproduct in sommige ontsmettingsmiddelen en herbiciden.

Vanwege de alomtegenwoordigheid in zowel grond- als industriële goederen, perchloraat is een veel voorkomende waterverontreiniging die bepaalde schildklieraandoeningen veroorzaakt. Bioaccumulatie van perchloraat in plantenweefsels en een grote hoeveelheid perchloraat die in de bodem van Mars wordt aangetroffen, kan voedsel dat daar wordt verbouwd onveilig maken om te eten, het beperken van het potentieel voor menselijke nederzettingen op Mars. Perchloraat in stof van Mars kan ook gevaarlijk zijn voor ontdekkingsreizigers. De huidige methoden om perchloraat uit water te verwijderen, vereisen ofwel zware omstandigheden ofwel een meerstaps enzymatisch proces om de oxidatietoestand van het chloorelement tot het onschadelijke chloride-ion te verlagen.

Promovendus Changxu Ren en Jinyong Liu, een assistent-professor chemische en milieutechniek aan het Marlan en Rosemary Bourns College of Engineering van UC Riverside, haalde inspiratie uit de natuur om perchloraat in water bij omgevingsdruk en temperatuur in één simpele stap te verminderen.

Ren en Liu merkten op dat anaërobe microben molybdeen in hun enzymen gebruiken om perchloraat te verminderen en energie te oogsten in zuurstofarme omgevingen.

"Eerdere pogingen om een ​​chemische molybdeenkatalysator voor perchloraatreductie te construeren, zijn niet succesvol geweest, " zei Liu. "Veel andere metaalkatalysatoren vereisen ofwel zware omstandigheden of zijn niet compatibel met water."

De onderzoekers probeerden het gecompliceerde proces van microbiële perchloraatreductie na te bootsen met een vereenvoudigde aanpak. Ze ontdekten door simpelweg een gewone meststof te mengen, natriummolybdaat genaamd, een gemeenschappelijk organisch ligand genaamd bipyridine om het molybdeen te binden, en een gemeenschappelijke waterstof-activerende katalysator genaamd palladium op koolstof, ze produceerden een krachtige katalysator die het perchloraat in water snel en efficiënt afbrak met waterstofgas bij kamertemperatuur zonder dat er verbranding bij betrokken was.

"Deze katalysator is veel actiever dan elke andere chemische katalysator die tot nu toe is gerapporteerd en reduceert meer dan 99,99% van het perchloraat tot chloride, ongeacht de initiële perchloraatconcentratie. ' zei Ren.

De nieuwe katalysator reduceert perchloraat in een breed concentratiebereik, van minder dan 1 milligram per liter tot 10 gram per liter. Dit maakt het geschikt voor gebruik in verschillende scenario's, inclusief het saneren van verontreinigd grondwater, behandeling van zwaar verontreinigd afvalwater van de productie van explosieven, en Mars bewoonbaar maken.

"Een handig katalytisch reductiesysteem kan helpen bij het oogsten van zuurstofgas uit perchloraat dat uit de bodem van Mars is gewassen wanneer de katalysator wordt gekoppeld aan andere processen, ' zei Liu.

De krant, "Een bio-geïnspireerde molybdeenkatalysator voor waterige perchloraatreductie, " werd gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .