Reningsteknik tillverkad i mikrovågsugn
NYHET
Nu har forskare utvecklat ett hållbart material som kan avlägsna tungmetaller, färgämnen och andra föroreningar från vatten. För att rena avloppsvattnet används en gelé baserad på växtcellulosa spetsad med små bitar av kol, ett material som kan och har tillverkats i en mikrovågsugn.
I en nypublicerad artikel i den vetenskapliga tidskriften Sustainable Materials and Technologies rapporterar forskare från KTH och Politecnico di Torino i Italien om en ny, mer hållbar teknik att framställa ett material som används för att rena vatten. Andra material i form av hydrogeler, har tidigare studerats noga i just detta syfte.
– Den totala mängden tillgängligt vatten på jorden kommer inte att förändras över tid, men det gör behovet av vatten. Denna hydrogel, som består av lignocellulosa, är ett lovande, hållbart material för att säkra tillgången till rent vatten, säger Minna Hakkarainen, professor och chef på avdelningen Polymerteknologi vid KTH.
Används i glass
Hon berättar att hydrogelen kan tillverkas av lignocellulosa eller växtmaterial, den vanligast förekommande biomassan på jorden. En av beståndsdelarna är så kallad cellulosagummi (karboximetylcellulosa, eller CMC). Detta är ett förtjockningsmedel som vanligtvis utvinns från trämassa eller som restprodukt från bomullstillverkning, och används exempelvis i glass. Till receptet adderas också små grafenoxid-liknande kolbitar från karboniserad biomassa. Dessa framställs med hjälp av värmen från mikrovågor. Hydrogelen härdas eller fixeras sedan med hjälp av UV-ljus, en mild process ur ett kemiskt perspektiv som äger rum i vatten vid rumstemperatur.
Hydrogelen består av ett nätverk av polymerkedjor som absorberar vatten, och samlar in molekyler och joner genom elektrostatiska interaktioner. En process som kallas för adsorption. Enligt Minna Hakkarainen så är forskarnas hydrogel så stabil att den klarar av att återanvändas i flera vattenreningscykler.
Grafenoxid har blivit en favorittillsats i sammanhanget på grund av sin adsorptionsförmåga. På minussidan finns den höga, negativa miljöpåverkan som kommer med användandet av grafenoxid.
– Grafenoxid är en utmärkt adsorbent, men produktionen av ämnet är tuff för miljön. Vi har istället valt att använda biobaserat material och en process som har en betydligt lägre påverkan på miljön vid framställningen, säger Minna Hakkarainen.
1 300 grader Celsius
Grafen är en form av grundämnet kol, och har till stora delar samma uppbyggnad som grafit. Ett ämne de flesta förknippar med "blyet" i en blyertspenna. I oxiderad form kan grafen användas i hydrogeler, men oxideringsprocessen kräver icke miljövänliga kemikalier. Att skapa grafen från biomassa kräver ofta temperaturer uppåt 1 300 grader Celsius.
KTH-forskarna har tagit fram en ny metod för att förkolna biomassan vid betydligt lägre temperaturer. De omvandlar lignosulfonat, en biprodukt från trämassa, till kolflingor genom att värma upp det i vatten i en mikrovågsugn. Vattnet hettas upp till 240 grader Celsius och vidhåller 240 grader i två timmar.
Efter oxideringsprocessen bryts kolflingorna upp i små beståndsdelar, små kolbitar om 10 till 80 nanometer i diameter, som sedan blandas med cellulosagummit och behandla med UV-ljus för att forma hydrogelen.
– Detta är en enkel, hållbar lösning. Det fungerar lika bra, om inte bättre, än liknande hydrogelbaserade reningstekniker som används idag, säger Minna Hakkarainen.
Text: David Callahan
För mer information, kontakta Minna Hakkarainen på 08 - 790 82 71 eller minna@kth.se.