@ 2019.10.23 , 10:00

科学家弄清如何从月球土壤中提取氧气了

作者:MICHELLE STARR

月球对人类来说是个没法儿住的地方。上面到处是灰尘又干燥,而且也没有空气可以供我们呼吸。但是月球上有大量的氧气:月表土中——月球表面最上层的土壤和碎石——含有氧气。而现在科学家已经弄清如何将它们提取出来了。

提取的过程也不会产生废物。一方面,你能得到一堆氧气。另一方面,还能得到一堆与密切相关的金属合金。所有这些对于未来的月球基地或者殖民来说都非常有用。

多亏了先前月球任务带回的月表土样本,我们知道了月球上的含氧量相当充足。月表土大约40%到45%的重量是氧气——目前为止这是按重量来说构成最丰富的了。

只有一个大问题。

“氧气是一种极其珍贵的资源,但是它是以矿物质或者玻璃氧化物的形式和其他物质在化学上绑定在了一起,因此不是立即就能用,”苏格兰格拉斯哥大学的化学家Beth Lomax表示。

这些土壤样本太过珍贵而无法直接用于实验,但拥有这些样本意味着我们可以使用地球上的材料来复制出成分一致的土壤。这种“山寨”月球土壤被称为模拟月表土(lunar regolith simulant),Lomax和她的团队用这种土壤来进行研究。

先前尝试过提取月表土中的氧气,比如使用氢化学还原氧化铁来制造水,然后再电解分离出水中的氢和氧;或者通过类似的一个过程,只不过用甲烷代替了氢。

但是这些技术要不就是产量低,过程又过度繁复,要不就是需要极高的温度来让月表土融化。

Lomax和同事们就跳过了化学还原的步骤,直接对粉末状的月表土进行电解分离。

“这一过程运用的是熔盐电解法。这是能够以从固态模拟月表土中直接以粉末到粉末的过程提取几乎所有氧气的首个范例,”Lomax解释说,“而月表土氧气提取的替代方法产量非常低,或者需要超过1600摄氏度的超高温度来熔化月表土。”

首先,将月表土放在一个网格线的篮子里。然后加入氯化钙,也就是电解质,之后将混合物加热到大约950摄氏度,这个温度不会让混合物熔化。其次,使用电流。这会提取出氧气,并且将盐转移至阳极,在这里可以将它们轻松移除。

他们大约花费了50小时提取出了月表土样本中96%的氧气,但是有75%的氧气是在最初15个小时内被提取出的。大约样本中所有氧气的三分之一是在废气中检测到的,剩下的都没了,但这对于先前技术的产量仍是一个巨大的进步。

此外,剩下的金属还可以利用——这在月表土氧气提取技术中也尚属首次。

“这是固态状态的模拟月表土从粉末到粉末的提取过程中生成金属合金产物的首个成功展示,”研究者在他们的论文中写道。

“此外,各种各样合金相的干净分离,以及其他金属成分的明显消耗,让我们看到了从未经还原处理的月表土中分离和精炼金属/合金令人振奋的潜力。”

副产物中有三种主要的合金种类,有时还掺杂着少量的其他金属:铁铝合金,铁硅合金以及硅钙铝合金。

这一发现意味着,即便事实证明氧气能够从月球上疑似的水冰储量中提取,这项技术仍具价值。

“这个提取过程能为月球殖民者提供氧气用于燃料或者维持生命,还能提供各种各样的金属合金用于殖民地的生产建设,”ESA月球战略官James Carpenter表示。

本文译自 ScienceAlert,由译者 Diehard 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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