Selluloosananomateriaalit ja niiden hybridirakenteet vesiliukoisten mikropollutanttien poistossa

Puukuiduista saatavan nanoselluloosan on havaittu sitovan vedessä olevia lääkeaine- ja väriainejäämiä.

Vesistöihin päätyy vuosittain valtava määrä erilaisia synteettisiä tai luonnollisia orgaanisia yhdisteitä, kuten lääkeaineita, hormoneita, muovin lisäaineita ja torjunta-aineita, joilla epäillään olevan haitallisia vaikutuksia eliöstölle ja ihmisille. Yhteistä näille niin kutsutuille mikropollutanteille on se, että ne esiintyvät ympäristössä erittäin alhaisina pitoisuuksina eivätkä ne toistaiseksi kuulu laajojen seurantaohjelmien tai rajoitusten piiriin.

Mikropollutanttien suurin päästölähde ovat kotitalouksien ja teollisuuden jätevedet, joihin ne päätyvät niitä sisältävien valmisteiden tuotannon, käytön ja epäasiallisen hävityksen seurauksena. Perinteiset jätevedenpuhdistuksessa käytettävät prosessit eivät kykene täysin poistamaan mikropollutantteja jätevedestä, joten niitä kulkeutuu päästövesien mukana ympäristöön, missä ne kertyvät eliöstöön. Väestön ikääntyessä vesistöön päätyvän lääkeainekuorman on ennustettu kasvavan, joten tarve uusien poistotekniikoiden kehittämiselle on suuri.

Biopohjaiset ja uusiutuvat selluloosapohjaiset nanomateriaalit ovat lupaava vaihtoehto mikropollutanttien poistoon vedestä. Tämä johtuu niiden luontaisista ominaisuuksista, kuten muokattavuudesta ja suuresta pinta-alasta. Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin kemiallisesti muokattujen nanoselluloosien soveltuvuutta lääke- ja väriaineiden poistamiseen vedestä joko yksinään tai yhdistettynä savipartikkeleihin ja -materiaaleihin (nk. hybridirakenteet).

Nanoselluloosan raaka-aineena käytettiin liukoselluloosaa, jota käsiteltiin kemiallisesti ympäristöystävällisissä syväeutektisissa liuottimissa, minkä jälkeen kuidun rakenne hajotettiin mekaanisesti. Esikäsittelyissä selluloosakuitujen pintaan liitetyt kemialliset ryhmät tehostivat nanoselluloosan valmistusta ja paransivat mikropollutanttien poistotehokkuutta.

Kemiallisesti muokattujen nanoselluloosien soveltuvuutta mikropollutanttien poistoon tutkittiin kolmessa puhdistuskonseptissa (panos, saostus ja suodatus). Tulosten perusteella nanoselluloosat sitoivat mikropollutantteja itseensä, ja puhdistustulos riippui pääsääntöisesti nanoselluloosan määrästä ja liuoksen pH:sta. Lisäksi havaittiin, että nanoselluloosan yhdistäminen savipartikkeleihin tai savesta valmistettuihin geopolymeerivaahtoihin edesauttoi materiaalien erotusta käsitellystä vedestä ja paransi optimiolosuhteissa puhdistustulosta.

Tässä väitöstyössä kehitetyt puhdistuskonseptit tuottivat arvokasta tietoa orgaanisten yhdisteiden ja nanoselluloosan vuorovaikutuksesta. Tutkimus osoittaa selluloosasta saatavien nanomateriaalien ja niiden hybridirakenteiden soveltuvan mikropollutanttien vähentämiseen vesiliuoksista. Tuloksia voidaan hyödyntää kehitettäessä uusia materiaaleja erityisesti ympäristösovelluksiin.