4D sieppareiden prosessikehitys raskasmetallien poistoon

Abstract

Tässä pro gradu- tutkielmassa tarkastellaan aluksi läpi raskasmetallien haitallisuutta, ympäristövaikutuksia sekä raskasmetalleja koskevia ympäristösäädöksiä. Tutkielmassa käydään läpi raskasmetallien mittaamiseen liittyvät perusteet, kun mittauslaitteistona toimii induktiivisesti kytketty plasma emissiospektrometri, ICP-OES. Myös tyypillisiä raskasmetallien poistoon käytettäviä menetelmiä esitellään lyhyesti. Pääosassa kirjallisessa osuudessa ovat kuitenkin ioninvaihtoreaktion perusteet sekä ioninvaihtoprosessin kehittäminen toimivaksi kokonaisuudeksi. Ioninvaihdon osalta tutustutaankin erilaisiin ioninvaihtomateriaaleihin ja niiden ominaisuuksiin, ioninvaihtoreaktion kinetiikkaan sekä ioninvaihtoprosessin päävaiheisiin. Ioninvaihtoon yhdistetään 3D- tulostus, jonka avulla voidaan valmistaa niin kutsuttuja 4D metallisieppareita. Tutkielman kokeellisessa osassa pääpaino oli toimivan ioninvaihtoprosessin kehittämisessä. Tarkoituksena oli löytää ioninvaihtoprosessin mallintamista helpottavat kehitysaskeleet ja systeemin kannalta tärkeimmät prosessiparametrit. Tutkimus toteutettiin metallinkierrätyspihalta peräisin olevalla hulevedellä, joka sisälsi raskasmetalleja. Huleveden käsittelyssä käytettiin sekä perinteistä ioninvaihtomenetelmää että 4D metallisiepparia ja verrattiin näitä toisiinsa. Eniten keskityttiin talteenoton sekä kinetiikan tarkasteluun valituilla ioninvaihtomateriaaleilla. Saaduista tuloksista voitiin päätellä, että raskasmetallien poistoon pienten pitoisuuksien hulevesistä toimii parhaiten ioninvaihtohartsi, joka sisältää funktionaalisena ryhmänään iminodiasetaatin. Verrattaessa ioninvaihtohartsia sekä 4D metallisiepparia huomattiin, että 4D-siepparin tuomat kinetiikkaedut ovat huomattavia verrattuna perinteiseen ratkaisuun.