Väitös 21.11.2024: FM Riikka Juhola, Oulun yliopisto, kemia
Uusia vedenpuhdistusmateriaaleja metsäteollisuuden sivuvirroista
Puhtaan veden riittävyys on globaali haaste, joten tehokkaita puhdistuskeinoja tarvitaan nyt ja tulevaisuudessa. Toisaalta jätebiomassojen (mm. sahanpuru) hyödyntämiseen etsitään aktiivisesti ratkaisuja. Tyypillisesti katalyyttien tukiaineena ja adsorbenttimateriaaleina käytettävät ulkomailla tuotetut materiaalit (mm. aktiivihiili) ovat kalliita ja niiden raaka-aineet ovat tyypillisesti fossiilisista lähteistä tuotettuja. Lisäksi vuonna 2016 voimaan astunut lakimuutos orgaanisen jätteen kaatopaikkakiellosta on tuonut suuret määrät polttokelpoista materiaalia polttolaitoksille, mikä on johtanut sahateollisuuden sivuvirran, sahanpurun, läjittämiseen. Tulevaisuudessa biomassan jalostaminen korkeamman lisäarvon tuotteiksi, kuten vedenkäsittelymateriaaleiksi ja biopolttoaineiksi, tulee kasvamaan.
Väitöstyössä tutkittiin jätebiomassan käyttöä katalyyttien ja adsorbenttien valmistuksessa. Lähtömateriaaleina käytettiin männyn ja kuusen hakkeen seosta, männyn ja koivun hakkeen seosta sekä männyn sahanpurua. Materiaaleista valmistettiin sekä jauhemaisia että rakeisia vedenkäsittelymateriaaleja, joita testattiin laboratorio-olosuhteissa bisfenoli A:n poistoon synteettisistä vesinäytteistä käyttämällä katalyyttistä märkähapetusmenetelmää ja adsorptiota.
Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että biomassapohjainen vedenkäsittelymateriaali poistaa hyvin bisfenoli A:ta synteettisestä vesinäytteestä ja voi soveltua tulevaisuudessa vedenpuhdistusmateriaaliksi. Biomassasta valmistettujen materiaalien fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia voitiin parantaa esimerkiksi käsittelemällä biomassaa typpihapolla tai impregnoimalla materiaaleihin rautaa, ja käyttämällä alumiinisilikaatteja sidosaineina hiilirakeiden valmistuksessa. Katalyyttisissä hapetuskokeissa materiaaleilla saavutettiin 60–100 % BPA:n poistotehokkuus ja 30–70 % orgaanisen kokonaishiilen poisto. Lisäksi rautamodifioidulla adsorbentilla oli korkea BPA:n adsorptiokapasiteetti (41,5 mg/g). Kaikki valmistetut materiaalit olivat stabiileja ja säilyttivät aktiivisuutensa useamman perättäisen kokeen ajan, mikä osoittaa niiden olevan uudelleenkäytettäviä.
Tutkimus on ollut hyödyllinen teollisista prosesseista syntyvän jätebiomassan uusien käyttökohteiden selvityksen näkökulmasta. Saadut tulokset edistävät kiertotaloutta osoittamalla biomassamateriaalien käyttökelpoisuuden tehokkaina katalyytteinä ja adsorbentteina jäteveden käsittelyssä. Jatkotutkimuksissa tulee selvittää valmistettujen materiaalien toimivuuden varmistaminen todellisilla jätevesillä. Lisäksi uusia käyttökohteita on löydettävissä mm. elektrodimateriaaleissa akkuteollisuuden tarpeisiin.
Väitöstilaisuun Oulun yliopistossa 21.11. klo 12.15. Tilaisuutta voi seurata etänä.
