Adsorption ja kehittyneiden hapetus/pelkistysprosessien käyttö per- ja polyfluorattujen alkyyliyhdisteiden sekä lääkeaineiden poistamiseen vedestä

Lääkeaineet ja henkilökohtaisen hygienian tuotteet (PPCPs) sekä per- ja polyfluoratut alkyyliyhdisteet (PFAS) ovat herättäneet kasvavaa huolta niiden laajan leviämisen ja haitallisten vaikutustensa vuoksi. Lisäksi muutamat PFAS-yhdisteet ovat erittäin pysyviä orgaanisia yhdisteitä ja niiden tuotantoa rajoitetaan. Kuitenkin erilaisia PPCP- ja PFAS-yhdisteitä on havaittu maailmanlaajuisesti pintavesissä, pohjavesissä ja jätevesissä viime vuosikymmeninä. Lisäksi perinteiset vesien- ja jätevesien käsittelylaitokset ovat osoittaneet rajallisen tehokkuutensa näiden yhdisteiden poistamisessa. Siksi on välttämätöntä kehittää kustannustehokkaita menetelmiä PPCP- ja PFAS- yhdisteiden poistamiseksi vedestä.
Tässä opinnäytetyössä kehitettiin kobolttiseostettu, hiilipohjainen katalyytti lääkeaineiden hajottamiseksi hapetusprosessilla. Ibuprofeeni (IBU) valittiin malliyhdisteeksi. Korkeimmassa lämpötilassa (850 °C) valmistettu katalyytti hajotti IBU:n (C0 = 10 mg/L) tehokkaasti 60 minuutissa. Muut ionit, kuten PO43- (10 mM), NO3- (10 mM) ja HCO3- (2 mM), eivät juurikaan vaikuttaneet IBU:n hajoamiseen, kun taas Cl- (2-10 mM) esti sitä merkittävästi. SO4·-, ·OH- ja O2·−-radikaalit edistivät IBU:n tehokasta hajoamista.
Sorptio/desorptio-menetelmä yhdistettynä UV/sulfiittihajotusmenetelmään osoittautui tehokkaaksi viiden PFAS-yhdisteen poistossa. Perfluoro-oktaanihapolle (PFOA) tunnistettiin kaksitoista hajoamisvälituotetta. Tutkimuksessa kehitettiin myös uusi biosorbentti (PG-PB) ja sillä saavutettiin erinomainen adsorptiokyky PFOA:lle: 456,0 mg/g pH:ssa 3,3 ja 258,0 mg/g pH:ssa 7 (C0 = 200 mg/L). Adsorptioon käytetty PG-PB regeneroitiin tehokkaasti 0,05 % NaOH:n + 20 % metanolin seoksella, ja PFOA:n hajoamis- ja fluorinpoistotehokkuuksiksi desorptioliuoksissa saavutettiin 100 % ja 83,1 % 24 tunnissa. Lisäksi kaupallinen anioninvaihtohartsi, Purolite A860, oli erittäin tehokas poistamaan viittä tutkittua PFAS-yhdistettä vedestä. Desorptiossa 0,025 % NaOH-, 5 % NaCl- ja 5 % NH4Cl-liuokset olivat tehokkaita useimmille PFAS:lle. Vaikka perfluoro-oktaanisulfonihapon (PFOS) desorptio oli haastavaa, PFOS:n desorptio 5-prosenttisessa NaCl-liuoksessa saavutettiin tehokkaammissa sekoitusolosuhteissa. Desorptioliuosten suora käsittely UV/sulfiittiprosessilla saavutti 97,6-100 %:n hajoamisen ja 46,6-86,1 %:n fluorinpoiston 24 tunnissa.