工程師開發出一種新的水處理技術 也可以幫助火星探險者

由加州大學河濱分校工程師領導的一個團隊已經開發出一種催化劑，可以從地球上的水中去除一種危險的化學物質，這也可以使火星土壤對農業更加安全，並有助於為人類火星探險者生產氧氣。 高氯酸鹽是一種由一個氯原子與四個氧原子結合而成的負離子，在地球的一些土壤中自然存在，在火星土壤中尤其豐富。

作為一種強大的氧化劑，高氯酸鹽也被製造出來，用於固體火箭燃料、煙花、彈藥、車輛的安全氣囊啓動器、火柴和信號彈，它也是一些消毒劑和除草劑的副產品。

由於它在土壤和工業品中無處不在，高氯酸鹽是一種常見的水污染物，會導致某些甲狀腺疾病，還會在植物組織中進行生物積累，在火星土壤中發現的大量高氯酸鹽會使在那裏種植的食物無法安全食用，從而限制了人類在火星上定居的可能性。火星灰塵中的高氯酸鹽也可能對探險者造成危害。目前從水中去除高氯酸鹽的方法需要苛刻的條件或多步驟的酶解過程，以降低氯元素的氧化狀態，變成無害的氯離子。

博士生Changxu Ren和加州大學河濱分校Marlan和Rosemary Bourns工程學院的化學和環境工程助理教授Jinyong Liu從大自然中獲得靈感，在環境壓力和温度下用一個簡單的步驟減少水中的高氯酸鹽。

Ren和Liu注意到厭氧微生物利用其酶中的鉬來還原高氯酸鹽，並在缺氧的環境中收穫能量，而以前構建用於還原高氯酸鹽的化學鉬催化劑的努力並不成功，許多其他金屬催化劑要麼需要苛刻的條件，要麼與水不相容。

研究人員試圖用一種簡化的方法來模仿複雜的微生物高氯酸鹽還原過程。他們發現通過簡單地混合一種叫做鉬酸鈉的普通肥料，一種叫做雙吡啶的普通有機配體來結合鉬，以及一種叫做鈀碳的普通氫活化催化劑，這些原料一同產生了一種強大的催化劑，在室温下可利用氫氣快速有效地分解水中的高氯酸鹽，且不涉及燃燒過程。這種催化劑比迄今為止報道的任何其他化學催化劑都要活躍得多，無論最初的高氯酸鹽濃度如何，都能將99.99%以上的高氯酸鹽還原成氯化物。

新的催化劑在很寬的濃度範圍內減少高氯酸鹽，從每升不到1毫克到每升10克都可以使用。這使得它適合用於各種情況，包括修復被污染的地下水，處理被炸藥嚴重污染的廢水，以及使火星適合居住。當催化劑與其他過程相結合時，一個方便的催化還原系統可能有助於從火星土壤中洗出的高氯酸鹽中收穫氧氣。

這篇題為 “用於水基高氯酸鹽還原的生物啓發鉬催化劑 “的論文發表在《美國化學學會雜誌》上。