Huokoiset alkaliaktivoidut mangaani- ja kupari-komposiitit jäteveden käsittelyssä. Bisfenoli A:n ja lääkeainejäämien katalyyttinen märkähapetus

Yhdyskunta- ja teollisuusjätevedet sisältävät tutkitusti ympäristölle hyvin myrkyllisiä ja ei-biohajoavia yhdisteitä, kuten muovinvalmistuksen raaka-aineita ja lääkeainejäämiä. Tämä asettaa haasteita myös jäteveden puhdistukselle ja varsinkin sen herkälle biologiselle prosessille, missä bakteerit pilkkovat biohajoavia yhdisteitä vähemmän haitalliseen muotoon. Jotta nyt ja tulevaisuudessa puhtaan veden jakelu ja käyttö voidaan turvata, tarvitaan uusia entistä tehokkaampia jätevedenkäsittelymenetelmiä. Tällaisia ovat esimerkiksi uudet kehittyneet hapetusprosessit, joissa muun muassa aktiiviset metallikatalyytit, kuten arvometalleista platina ja rutenium tai edullisimmista vaihtoehdoista mangaani ja kupari, tehostavat myrkyllisten ja ei-biohajoavien yhdisteiden hapettumista vähemmän haitallisiksi yhdisteiksi lopulta hiilidioksidiksi ja vedeksi.
Tässä työssä valmistettiin edullisista raaka-aineista ekologisia huokoisia tukimateriaaleja mangaani- ja kupari-katalyyteille. Nämä mangaania ja kuparia sisältävät tukimateriaalit eli metallikomposiitit valmistettiin savipohjaisesta raaka-aineesta yksinkertaisella alkaliaktivointimenetelmällä. Valmiiden metallikomposiittien toimivuutta testattiin muovin valmistuksessa käytettävän bisfenoli A:n (BPA) sekä lääkeainejäteveden myrkyllisten orgaanisten yhdisteiden katalyyttisessä märkähapetuksessa, joka on eräs hyvin tehokas ja ekologinen hapetusprosessi. BPA:n katalyyttisessä märkähapetuksessa kuparikomposiitin pinnalla tapahtuvissa reaktioissa, BPA hajosi lähes täysin eli 98 prosenttisesti ja vastaavasti mangaanikomposiitin pinnalla noin 60 prosenttisesti. Useita haitallisia orgaanisia yhdisteitä sisältävän lääkeainejäteveden katalyyttisessä märkähapetuksessa manganikomposiitin pinnalla tapahtuvassa reaktioissa yhdisteistä hajosi 54 prosenttia ja kuparikomposiitin pinnalla 43 prosenttia. Lisäksi käsitellystä lääkeainejätevedestä määritettiin biohajoavuus eli, kuinka paljon sen ei-biohajoavista yhdisteistä oli saatu biohajoavaan muotoon. Lääkeainejäteveden orgaanisten yhdisteiden biohajoavuus kasvoi hapetuksessa mangaanikomposiitilla 65 prosenttia ja kuparikomposiitilla peräti 75–80 prosenttia.
Tässä työssä saadut tulokset osoittivat, että lähtöaineen yksinkertaisella alkaliaktivoinnilla voitiin tuottaa ekologisia ja edullisia alkaliaktivoituja metallikomposiitteja, jotka olivat katalyyttisesti erittäin aktiivisia ja kemiallisesti sekä mekaanisesti stabiileja. Lääkeainejäteveden hapetuksessa metallikomposiiteilla saavutettu orgaanisten yhdisteiden merkittävästi kohonnut biohajoavuus oli myös erittäin lupaava ja rohkaiseva tulos mangaani- ja kuparikomposiittien jatkotutkimukselle ja kehitystyölle.