Một nhóm do các kỹ sư Đại học California Riverside (UC Riverside) của Mỹ dẫn đầu đã phát triển chất xúc tác để loại bỏ một chất hóa học nguy hiểm khỏi nước trên Trái đất, chất này cũng có thể làm cho đất trên sao Hỏa an toàn hơn cho nông nghiệp và giúp sản xuất ôxy cho những người thám hiểm sao Hỏa.
Perchlorate - một ion âm bao gồm một nguyên tử clo liên kết với bốn nguyên tử oxy - xuất hiện tự nhiên trong một số loại đất trên Trái đất, và đặc biệt có nhiều trong đất trên sao Hỏa. Là một chất ôxy hóa mạnh, perchlorate cũng được sản xuất và sử dụng trong nhiên liệu tên lửa rắn, pháo hoa, đạn dược, thiết bị khởi động túi khí cho xe cộ, diêm và pháo hiệu. Nó 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 hoá 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 sinh sống của con người trên sao Hỏa. 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 Trường Kỹ thuật Marlan và Rosemary Bourns của Đại học UC Riverside - đã lấy cảm hứng từ thiên nhiên để giảm perchlorate trong nước ở 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 kị khí sử dụng molypden trong các enzyme của chúng để giảm perchlorate và thu năng lượng trong môi trường thiếu ôxy.
Liu nói: “Những nỗ lực trước đây trong việc xây dựng một chất xúc tác molypden hóa học để khử perchlorate đã không thành công. Nhiều chất xúc tác kim loại khác hoặc là yêu cầu các điều kiện khắc nghiệt hoặc là không tương thích với nước".
Các nhà nghiên cứu đã cố gắng mô phỏng quá trình khử perchlorate phức tạp của vi sinh vật bằng một cách tiếp cận đơn giản. Họ phát hiện rằng, bằng cách trộn một loại phân bón thông thường có tên là natri molybdate 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 giúp phá vỡ perchlorate trong nước một cách nhanh chóng và hiệu quả mà chỉ cần sử dụng khí hydro ở nhiệt độ thường và không cần đốt cháy.
Ren nói: “Chất xúc tác này hoạt động mạnh hơn nhiều so với bất kỳ chất xúc tác hóa học nào khác được báo cáo cho đến nay và giảm hơn 99,99% perchlorate thành clorua bất kể nồng độ perchlorate ban đầu là bao nhiêu”.
Chất xúc tác mới làm giảm perchlorate trong một phạm vi nồng độ rộng, từ dưới 1 miligam mỗi lít đến 10 gam mỗi lít - 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 có thể giúp thúc đẩy sự sống trên sao Hỏa, khiến hành tinh đỏ trở thành nơi có thể sinh sống được.
Bài báo "Một chất xúc tác molypden có nguồn gốc sinh học để khử perchlorate trong nước" đã được xuất bản trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Mỹ.
