Teksti Kemia-lehti, kuva Istock
Blaž Hrovatin väitöstutkimuksessa syntyi kiertotaloutta kemian keinoin – tutkimus yhdistää lentotuhkan kierrätyksen ja mikromuovien hallinnan.
Blaž Hrovatin väitöstutkimuksella oli kolme tavoitetta. Tutkimuksessa selvitettiin jätteenpolton lentotuhkan kierrätettävyyttä syntetisoimalla siitä zeoliitteja, joita voidaan käyttää muun muassa halpoina katalyyttimateriaaleina. Lentotuhka on yksi maailman suurimmista teollisuuden jätevirroista, ja sen jalostaminen zeoliiteiksi voisi vähentää merkittävästi tämän jätteen määrää.
Tavoitteena oli myös valmistaa keinotekoisia mikromuoveja, jotka vastaavat ympäristöstä ja teollisuudesta löytyviä mikromuoveja, ja hyödyntää niitä menetelmäkehityksessä mikromuovien analysoinnin parantamiseksi. Tällä hetkellä analyysimenetelmiä testataan standardoiduilla pyöreillä polymeerikappaleilla, jotka eivät vastaa todellisia mikromuoveja luonnossa. Keinotekoisesti valmistetut mikromuovit lisäävät analyysien ja tutkimusten tarkkuutta.
Kolmantena tavoitteena oli kehittää yleismenetelmä mikromuovien tutkimiseksi teollisuuden jätevesinäytteistä. Mikromuoveja on tutkittu teollisista näytteistä hyvin vähän, eikä ole olemassa vakiintuneita menetelmiä teollisten näytteiden analysointiin.
Väitöstutkimuksessa kehitetyt menetelmät lisäävät tulosten vertailukelpoisuutta eri laboratorioiden välillä. Lisäksi tutkimus antoi tuloksia ja tietoja teollisuuden vaikutuksesta mikromuovisaasteeseen.
Zeoliitteja lentotuhkasta
Yksi väitöskirjan keskeinen havainto oli, että zeoliitteja voidaan valmistaa yhdyskuntajätteen poltosta syntyvästä lentotuhkasta. Tutkimuksessa saatiin lupaavia tuloksia esimerkiksi zeoliittien käytöstä katalyytteinä teollisissa prosesseissa tai jopa mikromuovien poistamiseksi jätevesistä. Jos teknologiaa kehitetään edelleen, suuria määriä lentotuhkajätettä voitaisiin kierrättää.
Tutkimus tehtiin tiiviissä yhteistyössä teollisuuden kanssa, ja yhdessä pyrittiin kehittämään tehokkaita, teollisuutta hyödyttäviä menetelmiä.
Yritykset voivat hyödyntää lentotuhkajätettä ja valmistaa siitä zeoliitteja, joita uusiokäytetään katalyytteinä. Yritykset voivat paremmin monitoroida mikromuovien määrää ja päästöjä, ja siten täyttää lain asettamia rajoituksia tulevaisuudessa.
”Nämä kaksi tutkimuskohdetta ja teknologiaa voidaan jopa yhdistää, sillä lentotuhkazeoliitteja voidaan käyttää mikromuovien poistamiseen teollisuuden jätevesistä”, Blaž Hrovat sanoo.
Epäorgaanista kemiaa
Lentotuhkanäytteet saatiin yhdyskuntajätteen polttolaitoksesta ja zeoliittien valmistuksessa hyödynnettiin epäorgaanista kemiaa.
Erilaisia synteesiparametreja tutkittiin zeoliittien tuottamiseksi. Syntetisoidut zeoliitit karakterisoitiin tyypillisillä analyyttisilla menetelmillä, kuten esimerkiksi mikroskopia, röntgendiffraktio, adsorptio/desorptiotestit, pinta-alan mittaus, ja niitä verrattiin kaupallisiin referenssimateriaaleihin.
Syntetisoiduissa zeoliiteissä todettiin korkeampi pinta-ala, huokoisuus ja vastaava katalyyttinen aktiivisuus verrattuna kaupallisiin zeoliitteihin.
Muovien erotteluprotokolla mahdollistaa lyhyemmät analyysiajat.
Mikromuoveja muovigranuloista
Keinotekoisesti valmistetut mikromuovit vastaavat tarkasti ympäristöstä ja teollisuudesta löytyviä mikromuoveja. Tutkimuksessa kehitetty protokolla muovien jauhamiseksi tutkimustarkoitukseen lisää mikromuovien analyysien johdonmukaisuutta ja vertailukelpoisuutta laboratorioiden välillä.
Keinotekoisten mikromuovien valmistamisessa käytettiin tavallisia polymeerejä, muovigranuloita, jotka jäädytettiin nestetypessä ja jauhettiin mikromuoveiksi.
Näin valmistettuja hiukkasia hyödynnettiin yleisesti mikromuovien tunnistamiseen käytettyjen menetelmien, kuten Fourier-muunnos infrapunaspektroskopia FTIR ja Raman-spektroskopia, testaamisessa. Mikromuoveja valmistettiin useissa kokoluokissa jopa nanometrikokoon saakka.
Muoveille erotteluprotokolla
Teollisille näytteille kehitetty muovien erotteluprotokolla mahdollistaa lyhyemmät analyysiajat nykyisiin menetelmiin verrattuna. Kyseessä on yleistetty menetelmä, joka soveltuu eri näytetyypeille ja mahdollistaa mikromuovien tarkemman seurannan teollisuudessa tulevaisuudessa.
Teolliset näytteet mikromuovimenetelmien tutkimiseksi kerättiin teollisista prosesseista. Samalla kehitettiin näytteenvalmistukseen yleistetty protokolla, jossa hyödynnetään erilaisia entsyymejä ja vetyperoksidia.
Näytteiden mikromuovipitoisuus analysoitiin FTIR-spektroskopialla. Kehitetty erottelumenetelmä lyhensi merkittävästi käsittelyaikaa verrattuna ympäristönäytteille käytettyihin menetelmiin, ja se oli yleisesti sovellettavissa kaikkiin tässä tutkimuksessa tutkittuihin näytteisiin.
FM Blaž Hrovatin kemian alaan kuuluva väitöskirja Industrial waste management: Fly ash zeolites and microplastics tarkastettiin Itä-Suomen yliopistossa 18.12.2024. Vastaväittäjänä toimi professori Satu-Pia Reinikainen LUT-yliopistosta, ja kustoksena tutkimusinfrastruktuurijohtaja Arto Koistinen Itä-Suomen yliopistosta.
Lähde: LUT-yliopisto
Lue lisää:
Marjoista voisi kehittää syöpälääkkeitä – väittelijän artikkeleita jo siteerattu
Hiilipallon uudet muodot – tutuksi luultu hiili tuottaa tutkijoille yllätyksiä
Apulaisprofessori Sami Taipale tutkii muovien vaikutuksia vesistöihin
