Une équipe dirigée par les ingénieurs de l'UC Riverside a développé un catalyseur pour éliminer un produit chimique dangereux de l'eau sur Terre qui pourrait également rendre le sol martien plus sûr pour l'agriculture et aider à produire de l'oxygène pour les explorateurs humains de Mars.

Perchlorate, un ion négatif constitué d'un atome de chlore lié à quatre atomes d'oxygène, se produit naturellement dans certains sols sur Terre, et est particulièrement abondant dans le sol martien. En tant qu'oxydant puissant, le perchlorate est également fabriqué et utilisé dans le carburant solide pour fusée, feux d'artifice, munitions, initiateurs d'airbags pour véhicules, allumettes et fusées éclairantes. C'est un sous-produit de certains désinfectants et herbicides.

En raison de son ubiquité tant dans le sol que dans les biens industriels, le perchlorate est un contaminant commun de l'eau qui provoque certains troubles de la thyroïde. Le perchlorate se bioaccumule dans les tissus végétaux et une grande quantité de perchlorate trouvée dans le sol martien pourrait rendre les aliments qui y sont cultivés impropres à la consommation, limitant le potentiel d'implantations humaines sur Mars. Le perchlorate dans la poussière martienne pourrait également être dangereux pour les explorateurs. Les méthodes actuelles d'élimination du perchlorate de l'eau nécessitent soit des conditions difficiles, soit un processus enzymatique à plusieurs étapes pour abaisser l'état d'oxydation de l'élément chlore en ion chlorure inoffensif.

Doctorant Changxu Ren et Jinyong Liu, professeur adjoint de génie chimique et environnemental au Marlan et Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, s'est inspiré de la nature pour réduire le perchlorate dans l'eau à pression et température ambiantes en une seule étape.

Ren et Liu ont noté que les microbes anaérobies utilisent du molybdène dans leurs enzymes pour réduire le perchlorate et récolter de l'énergie dans des environnements pauvres en oxygène.

"Les efforts précédents dans la construction d'un catalyseur chimique au molybdène pour la réduction du perchlorate n'ont pas été couronnés de succès, " Liu a déclaré. "Beaucoup d'autres catalyseurs métalliques nécessitent des conditions difficiles ou ne sont pas compatibles avec l'eau."

Les chercheurs ont tenté d'imiter le processus complexe de réduction du perchlorate microbien avec une approche simplifiée. Ils ont trouvé en mélangeant simplement un engrais commun appelé molybdate de sodium, un ligand organique commun appelé bipyridine pour lier le molybdène, et un catalyseur commun d'activation d'hydrogène appelé palladium sur carbone, ils ont produit un catalyseur puissant qui a décomposé rapidement et efficacement le perchlorate dans l'eau en utilisant de l'hydrogène gazeux à température ambiante sans aucune combustion.

"Ce catalyseur est beaucoup plus actif que tout autre catalyseur chimique rapporté à ce jour et réduit plus de 99,99% du perchlorate en chlorure quelle que soit la concentration initiale en perchlorate, " dit Ren.

Le nouveau catalyseur réduit le perchlorate dans une large plage de concentration, de moins de 1 milligramme par litre à 10 grammes par litre. Cela le rend approprié pour une utilisation dans divers scénarios, y compris l'assainissement des eaux souterraines contaminées, traiter les eaux usées fortement contaminées issues de la fabrication d'explosifs, et rendre Mars habitable.

"Un système de réduction catalytique pratique peut aider à récupérer l'oxygène gazeux du perchlorate lavé du sol martien lorsque le catalyseur est couplé à d'autres processus, " dit Liu.

Le papier, "Un catalyseur au molybdène bio-inspiré pour la réduction du perchlorate aqueux, " a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society .