Test af designet kulstofmaterialer til at rense spildevand

Affaldsstrømme fra industri og landbrug kunne bruges til produktion af kul, der kan tjene som en billig adsorbent til vandrensning. I sit speciale på Industridoktoralskolen, Mirva Niinipuu demonstrerer, at kulstofmaterialers kapacitet til at adskille organisk vandforurening generelt var lav, men at de har potentiale til forbedring. Hun forsvarede sit speciale ved Umeå Universitet i fredags, 24. maj.

For at bevare vores vandressourcer og forhindre spredning af miljøforurening, vi skal have adgang til effektiv vandrensning. Adsorption ved hjælp af aktivt kul er en almindelig vandrensningsteknik, men de høje omkostninger ved konventionelt aktivt kul begrænser brugen af ​​denne teknologi.

På samme tid, et stort antal affaldsstrømme genereres - for eksempel fra fødevareindustrien, landbrug, og industrielle processer - som i øjeblikket ikke bliver brugt optimalt. Ud over at generere adsorbenter til vandrensning, produktionen af ​​kul fra disse rester vil også bidrage til at reducere omkostningerne ved håndtering og bortskaffelse af affald. Dette ville være både økonomisk og miljømæssigt fordelagtigt.

Formålet med Mirva Niinipuus doktorafhandling, som blev udført på Industridoktorskolen ved Umeå Universitet, skulle undersøge forkullede restprodukters evne til at adskille miljøfarlige organiske og uorganiske forurenende stoffer fra industrivand.

De materialer, hun studerede, var kul fra tomat- og olivenpresseaffald, risskaller, hestegødning, kommunalt spildevandsslam, og bioslam og fiberslam fra papirmasse- og papirindustrien. Hun evaluerede virkningerne af forkulningstemperaturen og typen af ​​udgangsmateriale på overfladeegenskaberne af de genererede kul og deres evne til at adskille vandforurenende stoffer, derved tydeliggøres hvilke overfladeegenskaber der er vigtige for adsorption. Ud over, hun undersøgte forskellige kemiske aktiveringer af kulstofmaterialer for at forbedre deres funktion som adsorbenter til vandrensning.

"Resultaterne viste, at kulstofmaterialers kapacitet til at adskille organiske vandforurenende stoffer generelt var lav, hvilket kan skyldes det begrænsede overfladeareal af disse materialer. På den anden side, adskillelsen af ​​metaller skete på et niveau svarende til niveauet for kommercielt aktivt kul. Kemisk aktivering af resterende kulstof viste en væsentlig forbedring i adskillelsen af ​​både metaller og organiske forurenende stoffer, " siger Mirva Niinipuu, en ph.d.-studerende ved Institut for Kemi og Industridoktorskolen ved Umeå Universitet.

Forkulningstemperaturen påvirkede overfladefunktionaliteten af ​​kulstofmaterialerne på en sådan måde, at den høje temperatur reducerede tilstedeværelsen af ​​oxygenholdige funktionelle grupper på overfladen. Det er de kemiske grupper, der bidrager til adskillelsen af ​​de fleste af de undersøgte forurenende stoffer.

Kemisk aktivering forbedrede adskillelsen af ​​alle de undersøgte forurenende stoffer, og den mest udtalte effekt blev observeret for organiske forurenende stoffer. De aktiverede kul formåede fuldstændig at adskille fluconazol og trimethoprim fra perkolat fra lossepladser, og separationsniveauet var også højt (50-96 procent) for kobber og zink.

Resultaterne viste også, at forskellige forurenende stoffer kan interagere på forskellige måder med adsorberende overflader, og at dette styres af egenskaber som porøsitet, iltholdige funktioner, hydrofobicitet og mineraler. Vandmatricens rolle blev også evalueret, og resultaterne viste uventet en mere effektiv adskillelse fra en kompleks vandmatrix.

"Yderligere undersøgelser bør fokusere på en bred vifte af forurenende stoffer med miljørelevans i adsorptionssystemer, hvor en række komponenter tages i betragtning, og som omfatter komplekse vandmatricer."