3D-metallisiepparit ympäristöä kuormittavien metallien talteenotossa

Abstract

Tämän pro gradu -tutkielman kirjallisessa osassa tarkastellaan teollistuneen maailman aiheuttamia ympäristöä kuormittavia metallipäästöjä ja niiden vaikutuksia. Tarkastelussa nostetaan esille ympäristön suojelemista varten luodut säännökset kuten EU:n laatimat ympäristönlaatunormit sekä tutustutaan parhaaseen käyttökelpoiseen tekniikkaan ja sen raja-arvoihin. Painotetaan puhtaan veden tärkeyttä yhteiskunnan perusedellytyksenä ja tutustutaan Suomen vesihuoltoon sekä Suomessa esiintyviin teollisuuden aloihin ja niiden aiheuttamiin jätevesipäästöihin. Jätevesien puhdistukseen tarjotaan näkökulmaa ioninvaihtomateriaaleista, joita käsitellään tarkemmin rakenteen ja toimintaperiaatteen osalta. Ioninvaihtomateriaalit linkitetään lopulta innovatiiviseen 3D-tulostusteknologiaan, jossa hyödynnetään selektiivistä lasersintrausta. Tämän avulla ioninvaihtoon kykenevät materiaalit saadaan tulostettua huokoisen suodattimen muotoon, tehostaen ioninvaihtimien helppokäyttöisyyttä teollisuudessa. Yleisten 3D-tulostustekniikoiden läpikäynnin jälkeen luodaan vielä katsaus poikkeuksellisen suorituskykyiseen analyyttiseen mittausmenetelmään ICP-OES, joka mahdollistaa nopean monialkuainemäärityksen.

Tutkielman kokeellisessa osassa keskityttiin metallijäämien poistamiseen ampumaratojen hulevesistä ja raskaiden raketinheittimien pesuvesistä. Ratkaisua metallien poistoon etsittiin ioninvaihtomateriaaleista; kehittämällä selektiivisen lasersintrauksen avulla 3D-tulostettuja kustomoituja metallisieppareita, joihin sisällytettiin tehokas ioninvaihtoon kykenevä materiaali Dowex50WX8. Tutkimukset painottuivat metallisieppareiden toimintakyvyn tarkasteluun sisältäen talteenotto-, kinetiikka-, adsorptiokapasiteetti-, uudelleenkäytettävyys-, eluointi- ja regenerointikokeet.