Ett team som leds av UC Riverside-ingenjörer har utvecklat en katalysator för att avlägsna en farlig kemikalie från vattnet på jorden som också kan göra Mars mark säkrare för jordbruk och hjälpa till att producera syre för mänskliga Mars-upptäckare.

Perklorat, en negativ jon som består av en kloratom bunden till fyra syreatomer, förekommer naturligt i vissa jordar på jorden, och är särskilt riklig i marsjord. Som ett kraftfullt oxidationsmedel, perklorat tillverkas också och används i fast raketbränsle, fyrverkeri, krigsmateriel, krockkuddsinitiatorer för fordon, tändstickor och signalbloss. Det är en biprodukt i vissa desinfektionsmedel och herbicider.

På grund av dess förekomst i både jord och industrivaror, perklorat är en vanlig vattenförorening som orsakar vissa sköldkörtelsjukdomar. Perklorat bioackumuleras i växtvävnader och en stor mängd perklorat som finns i marsjord kan göra mat som odlas där osäker att äta, begränsar potentialen för mänskliga bosättningar på Mars. Perklorat i damm från mars kan också vara farligt för upptäcktsresande. Nuvarande metoder för att avlägsna perklorat från vatten kräver antingen hårda förhållanden eller en enzymatisk process i flera steg för att sänka oxidationstillståndet av klorelementet till den ofarliga kloridjonen.

Doktorand Changxu Ren och Jinyong Liu, en biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid UC Riversides Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, tog inspiration från naturen för att minska perklorat i vatten vid omgivningstryck och temperatur i ett enkelt steg.

Ren och Liu noterade att anaeroba mikrober använder molybden i sina enzymer för att minska perklorat och skörda energi i syresvälta miljöer.

"Tidigare ansträngningar med att konstruera en kemisk molybdenkatalysator för perkloratreduktion har inte varit framgångsrika, ", sa Liu. "Många andra metallkatalysatorer kräver antingen hårda förhållanden eller är inte kompatibla med vatten."

Forskarna försökte efterlikna den komplicerade mikrobiella perkloratreduktionsprocessen med ett förenklat tillvägagångssätt. De hittade genom att helt enkelt blanda ett vanligt gödselmedel som heter natriummolybdat, en vanlig organisk ligand som kallas bipyridin för att binda molybden, och en vanlig väteaktiverande katalysator som kallas palladium på kol, de producerade en kraftfull katalysator som snabbt och effektivt bröt ner perkloratet i vatten med hjälp av vätgas vid rumstemperatur utan förbränning.

"Denna katalysator är mycket mer aktiv än någon annan kemisk katalysator som rapporterats hittills och reducerar mer än 99,99% av perkloratet till klorid oavsett den initiala perkloratkoncentrationen, " sa Ren.

Den nya katalysatorn reducerar perklorat i ett brett koncentrationsområde, från mindre än 1 milligram per liter till 10 gram per liter. Detta gör den lämplig för användning i olika scenarier, inklusive sanering av förorenat grundvatten, hantering av starkt förorenat avloppsvatten från tillverkning av explosiva ämnen, och göra Mars beboelig.

"Ett bekvämt katalytiskt reduktionssystem kan hjälpa till att skörda syrgas från perklorat som tvättas från Mars-jorden när katalysatorn kopplas till andra processer, " sa Liu.

Pappret, "En bioinspirerad molybdenkatalysator för vattenhaltig perkloratreduktion, " publicerades i Journal of the American Chemical Society .