Kolrester från industrier kan designas att rena avloppsvatten
Genom att aktivera kol från industriutsläpp hoppas Umeåforskare utnyttja och förbättra kolets förmåga att adsorbera föroreningar som metaller och organiska föreningar. Det skulle därmed kunna bli en billig metod att producera kol för vattenrening.
För att hushålla med våra vattenresurser och förhindra spridning av miljöföroreningar krävs att vi har tillgång till effektiv vattenrening. Adsorption med aktivt kol är en vanlig vattenreningsteknik, men den höga kostnaden hos konventionella aktiva kol begränsar användningen av denna teknik.
Samtidigt genereras ett stort antal avfallsflöden som i dag inte används optimalt, exempelvis från livsmedelsindustrin, jordbruket och industriella processer. Produktion av kol från dessa restmaterial skulle, förutom att generera adsorbenter för vattenrening, även bidra till att minska kostnaderna för hantering och kvittblivning av avfall, vilket skulle vara ekonomiskt och miljömässigt fördelaktigt.
Så funkar rening med aktivt kol
Aktivt kol är finfördelat kol med små porer och stor porvolym, som skapar en stor yta att molekyler kan fastna, adsorberas, och kemiska reaktioner kan ske. Den specifika ytan för aktivt kol är normalt mellan 500 och 1500 kvadratmeter/gram. Hur mycket skräp som kan adsorberas till kolet är proportionellt mot temperatur och tryck.
Aktivt kol framställs av material med hög kolhalt som till exempel stenkol, träkol, torv och kokosnötskal. Framställningen sker i två steg, där det första steget är en kontrollerad förkolning. I det andra steget aktiveras kolet termiskt eller kemiskt.
Aktivt kol används bland annat för vattenrening, medicin, gasförädling, skyddsmasker och destillering av alkoholhaltiga drycker.
Syftet med Mirva Niinipuus doktorsavhandling, som utfördes inom Företagsforskarskolan vid Umeå universitet, var att undersöka förmågan hos förkolade restmaterial att avskilja miljöfarliga organiska och oorganiska föroreningar från industriella vatten. Hon visar att kolmaterialens kapacitet att avskilja organiska vattenföroreningar var generellt låg, men att de har förbättringspotential.
Undersökte livsmedelsavfall
De material som hon studerade var kol från tomat- och olivpressavfall, risskal, hästgödsel, kommunalt avloppsreningsslam samt bio- och fiberslam från massa- och pappersindustri. Hon utvärderade effekten av förkolningstemperatur och typ av utgångsmaterial med avseende på ytegenskaper hos de genererade kolen och deras kapacitet för att avskilja vattenföroreningar, för att därmed klargöra vilka ytegenskaper som är av betydelse för adsorptionen. Dessutom undersökte hon olika kemiska aktiveringar av kolmaterialen i syfte att förbättra deras funktion som vattenreningsadsorbenter.
Adsorptionsförmågan ökade med kemisk aktivering
– Resultaten visade att kolmaterialens kapacitet att avskilja organiska vattenföroreningar överlag var låg, vilket kan bero på den begränsade ytarean hos dessa material, medan avskiljning av metaller var på liknande nivå med kommersiella aktiva kol. Kemisk aktivering av restbaserade kol visade en stor förbättring i avskiljning av både metaller och organiska föroreningar säger Mirva Niinipuu, doktorand på Kemiska institutionen och Företagsforskarskolan vid Umeå universitet.
Förkolningstemperaturen påverkar adsorptionsförmågan
Förkolningstemperaturen påverkade ytfunktionalitet hos kolmaterialen på så vis att hög temperatur minskade förekomsten av syreinnehållande funktionella grupper på ytan. Det är dessa kemiska grupper som bidrar till avskiljningen av de flesta av de studerade föroreningarna.
Kemisk aktivering förbättrade avskiljningen av samtliga studerade föroreningar och den mest uttalade effekten observerades för organiska föroreningar. De aktiverade kolen klarade av att fullständigt avskilja flukonazol och trimetoprim från deponi-lakvatten. Ävenför koppar och zink var avskiljningen hög (50-96 procent).
Resultaten visade också att olika föroreningar kan interagera på olika sätt med adsorbentytorna, vilket styrs av egenskaper som porositet, syreinnehållande funktionaliteter, hydrofobicitet och mineraler. Dessutom utvärderades vattenmatrisens roll, och resultaten visade oväntat på en effektivare avskiljning från en komplex vattenmatris.
– I fortsatta studier bör man fokusera på ett stort urval av föroreningar med miljörelevans i adsorptionssystem där ett flertal komponenter tas i beaktande och som omfattar komplexa vattenmatriser.
Fotnot:
Doktorsarbetet har utförts inom Företagsforskarskolan i samarbete med den externa parten Miljötekniskt Center AB, MTC, i Umeå.
Avhandling:
Kontakt:
Mirva Niinipuu, Kemiska institutionen vid Umeå universitet, mirva.niinipuu@umu.se
