Ученые Калифорнийского университета (UC Riverside) создали катализатор, позволяющий без особых затруднений удалить опасный химический компонент воды. Этот же катализатор способен улучшить марсианскую почву в отношении сельского хозяйства и снабдить колонистов Марса кислородом. Источник: научное интернет-издание PhysOrg.
Перхлорат является отрицательным ионом, образованным одним атомом хлора и четырьмя атомами кислорода. В естественных условиях этот ион встречается в некоторых почвах Земли и особенно распространен в почве Марса. Мощные окислительные свойства перхлората используются в твердом ракетном топливе, в боеприпасах и фейерверках, в качестве инициатора химреакции в подушках безопасности автомашин, а также в производстве сигнальных ракет и спичек. Он является побочным продуктом некоторых гербицидов и средств дезинфекции.
Будучи распространенным повсеместно – как в почве, так и в промтоварах – перхлорат известен, как обычный водный загрязнитель, вызывающий некоторые заболевания щитовидки. Также растения накапливают биоаккумулируемые перхлораты в своих тканях.
Значительное количество перхлоратов обнаружено в марсианской почве, отчего взращиваемые на Красной планете растения могут оказаться небезопасными для питания ими колонистов Марса. Перхлораты, содержащиеся в марсианской пыли, также могут быть опасны для марсианских исследователей.
Существующие методы устранения из воды перхлората требуют либо формирования жестких условий, либо использования ферментативного многоуровневого процесса, чтобы понизить степень окисления перхлората до безвредного хлорид-иона.
Почерпнув вдохновение в природе, докторант Чансю Рен и доцент Цзиньонг Лю из инженерного колледжа Марлана совместно с Розмари Борн из UC Riverside открыли методику уменьшения содержания перхлоратов в воде за один простой шаг, при атмосферном давлении и нормальном температуре.
Рен и Лю обратили внимание, что анаэробные микробы для уменьшения перхлората и накопления энергии используют в своих ферментах молибден.
Лю сообщил, что «предыдущие попытки получить химический катализатор на основе молибдена, позволяющий восстанавливать перхлораты, были безуспешны». «А прочие варианты металлических катализаторов либо требуют жестких условий, либо не могут совмещаться с водой».
Исследовательская группа попыталась воспроизвести применяемый микробами непростой процесс преуменьшения содержания перхлората, избрав упрощенный подход. Они выяснили, что путем простого смешивания распространенных химических компонентов – молибдата натрия (удобрение), обеспечивающего связывание молибдена бипиридина (органический лиганд) и палладия на угле (катализатор, активирующий водород) – возможно получить мощный катализатор, способный эффективно и за короткий срок разрушать водный перхлорат путем применения газообразного водорода, причем в условиях «комнатной» температуры.
«Этот катализатор значительно активнее прочие химических катализаторов, известные на сегодня», — сообщил Чансю Рен. «Он видоизменяет перхлорат в хлорид на 99%, причем вне зависимости от начальной концентрации перхлората».
Обнаруженный исследователями катализатор способен устранять перхлорат при его различной концентрации от 0,001 до 10 г на литр воды. Это позволяет применять его в различных работах, как-то очистка загрязненных грунтовых или сточных вод, производство взрывчатых компонентов, а также обеспечение человеческой жизнедеятельности на Марсе.
«Удобная система каталитического восстановления позволит собрать кислородный газ из перхлората, извлекаемого из марсианской почвы при работе катализатора», — отметил Цзиньонг Лю. «Ее также можно сочетать с другими процессами».