工程师开发出一种新的水处理技术 也可以帮助火星探险者

2021年06月19日 08:46 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

由加州大学河滨分校工程师领导的一个团队已经开发出一种催化剂,可以从地球上的水中去除一种危险的化学物质,这也可以使火星土壤对农业更加安全,并有助于为人类火星探险者生产氧气。高氯酸盐是一种由一个氯原子与四个氧原子结合而成的负离子,在地球的一些土壤中自然存在,在火星土壤中尤其丰富。

作为一种强大的氧化剂,高氯酸盐也被制造出来,用于固体火箭燃料、烟花、弹药、车辆的安全气囊启动器、火柴和信号弹,它也是一些消毒剂和除草剂的副产品。

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由于它在土壤和工业品中无处不在,高氯酸盐是一种常见的水污染物,会导致某些甲状腺疾病,还会在植物组织中进行生物积累,在火星土壤中发现的大量高氯酸盐会使在那里种植的食物无法安全食用,从而限制了人类在火星上定居的可能性。火星灰尘中的高氯酸盐也可能对探险者造成危害。目前从水中去除高氯酸盐的方法需要苛刻的条件或多步骤的酶解过程,以降低氯元素的氧化状态,变成无害的氯离子。

博士生Changxu Ren和加州大学河滨分校Marlan和Rosemary Bourns工程学院的化学和环境工程助理教授Jinyong Liu从大自然中获得灵感,在环境压力和温度下用一个简单的步骤减少水中的高氯酸盐。

Ren和Liu注意到厌氧微生物利用其酶中的钼来还原高氯酸盐,并在缺氧的环境中收获能量,而以前构建用于还原高氯酸盐的化学钼催化剂的努力并不成功,许多其他金属催化剂要么需要苛刻的条件,要么与水不相容。

研究人员试图用一种简化的方法来模仿复杂的微生物高氯酸盐还原过程。他们发现通过简单地混合一种叫做钼酸钠的普通肥料,一种叫做双吡啶的普通有机配体来结合钼,以及一种叫做钯碳的普通氢活化催化剂,这些原料一同产生了一种强大的催化剂,在室温下可利用氢气快速有效地分解水中的高氯酸盐,且不涉及燃烧过程。这种催化剂比迄今为止报道的任何其他化学催化剂都要活跃得多,无论最初的高氯酸盐浓度如何,都能将99.99%以上的高氯酸盐还原成氯化物。

新的催化剂在很宽的浓度范围内减少高氯酸盐,从每升不到1毫克到每升10克都可以使用。这使得它适合用于各种情况,包括修复被污染的地下水,处理被炸药严重污染的废水,以及使火星适合居住。当催化剂与其他过程相结合时,一个方便的催化还原系统可能有助于从火星土壤中洗出的高氯酸盐中收获氧气。

这篇题为 "用于水基高氯酸盐还原的生物启发钼催化剂 "的论文发表在《美国化学学会杂志》上。

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