Công nghệ xử lý nước mới sẽ giúp gì cho việc thám hiểm Sao Hỏa?

Perchlorate, một ion âm bao gồm một nguyên tử clo liên kết với bốn nguyên tử ôxy, xuất hiện tự nhiên trong một số loại đất trên Trái đất, và đặc biệt có nhiều trong đất trên sao Hỏa. Đây là một chất ôxy hóa mạnh.

Perchlorate cũng được sản xuất và sử dụng trong nhiên liệu tên lửa, pháo hoa, đạn dược, thiết bị khởi động túi khí cho xe cộ, diêm và pháo hiệu. Nó cũng là một sản phẩm phụ trong một số chất khử trùng và thuốc diệt cỏ.

Do có mặt ở khắp nơi trong đất và hàng công nghiệp, perchlorate là một chất gây ô nhiễm nước phổ biến, gây ra một số rối loạn tuyến giáp. Perchlorate tích tụ sinh học trong các mô thực vật và một lượng lớn perchlorate được tìm thấy trong đất Sao Hỏa có thể khiến thực phẩm trồng ở đó không an toàn để ăn, hạn chế khả năng định cư của con người trên hành tinh Đỏ.

Perchlorate trong bụi Sao Hỏa cũng có thể gây nguy hiểm cho các nhà thám hiểm. Các phương pháp hiện tại để loại bỏ perchlorate khỏi nước yêu cầu các điều kiện khắc nghiệt hoặc một quá trình enzyme nhiều bước để giảm trạng thái ôxy hóa của nguyên tố clo thành ion clorua vô hại.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Changxu Ren và Jinyong Liu, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và môi trường tại UC Riverside's Marlan và Trường kỹ thuật Rosemary Bourns, đã lấy cảm hứng từ thiên nhiên để giảm perchlorate trong nước với áp suất và nhiệt độ môi trường xung quanh chỉ bằng một bước đơn giản.

Ren và Liu lưu ý rằng các vi sinh vật kỵ khí sử dụng molypden trong các enzyme của chúng để giảm perchlorate và thu năng lượng trong môi trường thiếu ôxy.

"Những nỗ lực trước đây trong việc xây dựng một chất xúc tác molypden hóa học để khử peclorate đã không thành công. Nhiều chất xúc tác kim loại khác yêu cầu các điều kiện khắc nghiệt hoặc không tương thích với nước", Liu nói.

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng mô phỏng quá trình khử peclorate phức tạp của vi sinh vật bằng một cách tiếp cận đơn giản. Họ tìm thấy bằng cách trộn một loại phân bón phổ biến gọi là natri molybdate, một phối tử hữu cơ phổ biến được gọi là bipyridine để liên kết molypden và một chất xúc tác kích hoạt hydro phổ biến được gọi là palladium trên carbon, họ đã tạo ra một chất xúc tác mạnh mẽ giúp phá vỡ peclorat trong nước một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Ren cho biết: "Chất xúc tác này hoạt động hơn nhiều so với bất kỳ chất xúc tác hóa học nào khác được báo cáo cho đến nay và làm giảm hơn 99,99% perchlorate thành clorua bất kể nồng độ perchlorate ban đầu là bao nhiêu.

Chất xúc tác mới làm giảm peclorat trong một phạm vi nồng độ rộng, từ dưới 1 miligam mỗi lít đến 10 gam mỗi lít. Điều này làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các tình huống khác nhau, bao gồm xử lý nước ngầm bị ô nhiễm, xử lý nước thải bị ô nhiễm nặng do sản xuất chất nổ và làm cho Sao Hỏa có thể sinh sống được".