October 18, 2021
Insinyur Mengembangkan Teknologi Pengolahan Air Baru yang Juga Dapat Membantu Penjelajah Mars

Insinyur Mengembangkan Teknologi Pengolahan Air Baru yang Juga Dapat Membantu Penjelajah Mars

Katalis yang menghancurkan perklorat dalam air dapat membersihkan tanah Mars.

Sebuah tim yang dipimpin oleh insinyur University of California Riverside telah mengembangkan katalis untuk menghilangkan bahan kimia berbahaya dari air di Bumi yang juga dapat membuat tanah Mars lebih aman untuk pertanian dan membantu menghasilkan oksigen bagi manusia penjelajah Mars.

Perklorat, ion negatif yang terdiri dari satu atom klorin yang terikat pada empat atom oksigen, terjadi secara alami di beberapa tanah di Bumi, dan sangat melimpah di tanah Mars. Sebagai oksidator kuat, perklorat juga diproduksi dan digunakan dalam bahan bakar roket padat, kembang api, amunisi, inisiator kantung udara untuk kendaraan, korek api, dan suar sinyal. Ini adalah produk sampingan dalam beberapa desinfektan dan herbisida.

Karena keberadaannya di mana-mana di tanah dan barang-barang industri, perklorat adalah kontaminan air umum yang menyebabkan gangguan tiroid tertentu. Bioakumulasi perklorat dalam jaringan tanaman dan sejumlah besar perklorat yang ditemukan di tanah Mars dapat membuat makanan yang ditanam di sana tidak aman untuk dimakan, membatasi potensi pemukiman manusia di Mars. Perklorat dalam debu Mars juga bisa berbahaya bagi penjelajah. Metode saat ini untuk menghilangkan perklorat dari air memerlukan kondisi yang keras atau proses enzimatik bertingkat untuk menurunkan tingkat oksidasi elemen klorin menjadi ion klorida yang tidak berbahaya.

Mahasiswa doktoral Changxu Ren dan Jinyong Liu, asisten profesor teknik kimia dan lingkungan di UC Riverside’s Marlan dan Rosemary Bourns College of Engineering, mengambil inspirasi dari alam untuk mengurangi perklorat dalam air pada tekanan dan suhu sekitar dalam satu langkah sederhana.

Ren dan Liu mencatat mikroba anaerob menggunakan molibdenum dalam enzim mereka untuk mengurangi perklorat dan memanen energi di lingkungan yang kekurangan oksigen.

“Upaya sebelumnya dalam membangun katalis molibdenum kimia untuk reduksi perklorat belum berhasil,” kata Liu. “Banyak katalis logam lain yang membutuhkan kondisi yang keras atau tidak kompatibel dengan air.”

Para peneliti mencoba meniru proses reduksi perklorat mikroba yang rumit dengan pendekatan yang disederhanakan. Mereka menemukan hanya dengan mencampur pupuk umum yang disebut natrium molibdat, ligan organik umum yang disebut bipiridin untuk mengikat molibdenum, dan katalis pengaktif hidrogen umum yang disebut paladium pada karbon, mereka menghasilkan katalis kuat yang dengan cepat dan efisien memecah perklorat dalam air. menggunakan gas hidrogen pada suhu kamar tanpa pembakaran yang terlibat.

“Katalis ini jauh lebih aktif daripada katalis kimia lainnya yang dilaporkan hingga saat ini dan mengurangi lebih dari 99,99% perklorat menjadi klorida terlepas dari konsentrasi perklorat awal,” kata Ren.

Katalis baru mengurangi perklorat dalam rentang konsentrasi yang luas, dari kurang dari 1 miligram per liter hingga 10 gram per liter. Ini membuatnya cocok untuk digunakan dalam berbagai skenario, termasuk memulihkan air tanah yang terkontaminasi, mengolah air limbah yang sangat terkontaminasi dari pembuatan bahan peledak, dan membuat Mars layak huni.

“Sistem reduksi katalitik yang nyaman dapat membantu memanen gas oksigen dari perklorat yang dicuci dari tanah Mars ketika katalis digabungkan dengan proses lain,” kata Liu.

Makalah, “Katalis molibdenum bioinspired untuk reduksi perklorat berair,” diterbitkan di Jurnal American Chemical Society. Ren dan Liu bergabung dalam penelitian oleh mahasiswa doktoral UC Riverside Jinyu Gao, mahasiswa sarjana Jacob Palmer, dan mahasiswa sekolah menengah Eric Y. Bi. Peng Yang dan Mengqiang Zhu di University of Wyoming mengkarakterisasi katalis dengan spektroskopi penyerapan sinar-X dan Jiaonan Sun dan Yiying Wu dari Ohio State University melakukan pengujian elektrokimia. Penelitian ini didanai oleh National Science Foundation.

Referensi: “Katalis Molibdenum Terinspirasi Bio untuk Reduksi Perklorat Berair” oleh Changxu Ren, Peng Yang, Jiaonan Sun, Eric Y. Bi, Jinyu Gao, Jacob Palmer, Mengqiang Zhu, Yiying Wu dan Jinyong Liu, 18 Mei 2021, Jurnal American Chemical Society.
DOI: 10.1021/jacs.1c00595