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火星上很快就会有水、农业和氧气?

阅读时间: 3 分钟

研究人员开发了一种催化剂,可以破坏水中的污染物高氯酸盐。 这种新的水处理工艺可以清洁火星的土壤,使其有利于农作物的生长。

由加州大学河滨分校(美国)的工程师领导的团队开发了一种 从水中去除有害化学物质的催化剂 在地球上。 这种催化剂还可以使火星土壤对农业更安全。 并帮助产生氧气 人类火星探险者. 火星太空探索向前迈出了一大步......

高氯酸盐,地球和火星上的一种有害化合物

我们在这里谈论的有毒化合物是高氯酸盐。 一种 由一个氯原子与四个氧原子结合而成的负离子. 该产品天然存在于地球上的某些土壤中。 它在火星土壤中尤为丰富。 作为 强氧化剂此外,高氯酸盐还由人类制造,用于火箭、烟花、弹药、车辆安全气囊引发器、火柴甚至信号火箭的固体燃料。 它也被发现是某些消毒剂和除草剂的副产品。

由于它在土壤和工业产品中无处不在, 高氯酸盐是一种常见的水污染物. 怎么危险? 它会导致某些甲状腺问题。 此外,高氯酸盐会在植物组织中生物蓄积。 所以, 火星土壤中的高氯酸盐会使那里种植的食物不适合食用。 这将大大限制人类在火星上定居的可能性……这还不够? 火星尘埃中存在的高氯酸盐对探险者来说也可能是危险的。

从大自然中汲取灵感,摆脱它

目前从水中去除高氯酸盐的方法要么需要难以达到的条件,要么需要复杂的多步骤酶促过程 将元素氯的氧化态降低到无害的氯离子.

然而,加州大学河滨分校的科学家们可能已经找到了解决办法。 博士生任昌旭和马兰与罗斯玛丽伯恩斯工程学院化学与环境工程助理教授刘金勇从大自然中汲取灵感 在室温和压力下一步减少水中的高氯酸盐.

起点:任和刘注意到 厌氧菌 (了解无氧生活的细菌) 在自己的酶中使用钼来减少高氯酸盐 并在缺氧环境中收集能量。 钼? 一种纯金属和植物营养必需的微量元素,存在于某些酶中。

然而,这并不是研究人员第一次尝试利用钼作为催化剂。 “ 先前构建用于高氯酸盐还原的钼基化学催化剂的努力并未成功。,刘解释。 许多其他金属催化剂需要苛刻的条件或与水不相容 “。

一种可减少水中 99,99% 以上高氯酸盐的工艺

研究人员随后试图模拟高氯酸盐还原的复杂微生物过程 通过一种简化的方法。 为此,他们有了混合三种常用化合物的想法:

  • 一种肥料叫 钼酸钠,
  • 一种有机配体(与化学结构的一个或多个原子或中心离子结合的实体),称为 联吡啶 结合钼,
  • 和氢活化催化剂称为 钯炭.

他们因此获得了一个 强大的催化剂,能够快速有效地分解水中的高氯酸盐 在室温下使用氢气,没有任何燃烧。 ” 这种催化剂比迄今为止报道的任何其他化学催化剂的活性都要高得多,无论高氯酸盐的初始浓度如何,都能将超过 99,99% 的高氯酸盐还原为氯化物 任说。

新催化剂 减少各种浓度的高氯酸盐,从每升不到 1 毫克到每升 10 克。 因此它可以用于各种场景,特别是对于 清理受污染的地下水,处理废水 因制造爆炸物而受到严重污染,最重要的是, 让火星宜居 ! 待续 ...

 

文章标题为 一种用于高氯酸盐水溶液还原的仿生钼催化剂 已发表在《美国化学学会杂志》上。 任和刘加入了他们的研究,加州大学河滨分校的博士生高金宇、本科生雅各布·帕尔默和高中生埃里克·毕。 怀俄明大学的 Peng Yang 和 Mengqiang Zhu 通过 X 射线吸收光谱对催化剂进行了表征,而俄亥俄州立大学的 Jiaonan Sun 和 Yiying Wu 则进行了电化学测试。 该研究由美国国家科学基金会资助。

 

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