研究团队开发新型催化剂 可以去除水中的一种危险化学物质

2021年06月07日 阅读量:3

加州大学河滨分校工程师领导的团队开发了一种催化剂,可以去除地球上水中的一种危险化学物质,这也可以使火星土壤对农业更安全,并有助于为人类火星探险者生产氧气。

 

高氯酸盐是一种负离子,由一个氯原子和四个氧原子结合而成,天然存在于地球上的一些土壤中,在火星土壤中含量尤其丰富。作为一种强氧化剂,高氯酸盐还被制造并用于固体火箭燃料、烟花、车辆安全气囊引发剂、火柴和信号弹。它是一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,会导致某些甲状腺疾病。高氯酸盐会在植物组织中生物累积,而在火星土壤中发现的大量高氯酸盐可能会使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。火星尘埃中的高氯酸盐也可能对探险者有害。目前从水中去除高氯酸盐的方法需要苛刻的条件或多步酶促过程,以将氯元素的氧化态降低为无害的氯离子。

 

博士生Changxu Ren和加州大学河滨分校Marlan and Rosemary Bourns工程学院化学与环境工程助理教授Jinyong Liu从大自然中汲取灵感,在常压常温下通过一个简单的步骤减少水中的高氯酸盐。

 

任和刘指出,厌氧微生物在其酶中使用钼来减少高氯酸盐并在缺氧环境中收集能量。

 

以前在构建用于高氯酸盐还原的化学钼催化剂方面的努力没有成功,刘说,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模拟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称为钼酸钠的普通肥料、一种称为联吡啶的常见有机配体以结合钼,以及一种称为碳载钯的常见氢活化催化剂,他们发现了一种强大的催化剂,可以快速有效地分解水中的高氯酸盐在室温下使用氢气,不涉及燃烧。

 

这种催化剂比迄今为止报道的任何其他化学催化剂都更具活性,无论初始高氯酸盐浓度如何,都能将 99.99% 以上的高氯酸盐还原为氯化物,任说。

新催化剂可在较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。这使其适用于各种场景,包括修复受污染的地下水、处理来自弹药制造的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涤的高氯酸盐中收集氧气,刘说。

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