Natiivin ja jätetärkkelyksen modifiointi depolymeroimalla ja kationisoimalla. Modifioidun tärkkelyksen käyttö metalli-ionien sitomisessa vesiliuoksesta

Maailman öljyvarojen ehtyessä on tärkeää löytää vaihtoehtoisia raaka-aineita, joista valmistaa korvaavia tuotteita öljypohjaisille kemikaaleille. Yksi vaihtoehto on uusiutuva, pääasiassa hiilihydraateista koostuva biomassa, jota muodostuu luonnossa vuosittain 180x109 tonnia. Eräs biomassapohjainen hiilihydraatti on tärkkelys, jota muodostuu kaikissa yhteyttävissä kasveissa. Tärkkelystä käytetään useilla teollisuuden aloilla, kuten elintarvike- ja paperiteollisuudessa. Monimutkaisen rakenteensa ja huonon liukoisuutensa vuoksi tärkkelys täytyy ennen käyttöä muokata helpommin hyödynnettävään muotoon. Yksi yleisimmistä teollisesti hyödynnetyistä tärkkelysjohdannaisista on kationinen tärkkelys.

Väitöstyössä valmistettiin sekä puhtaasta eli natiivitärkkelyksestä että perunan kuorimoilla syntyvästä tärkkelyspitoisesta kuorijätteestä ympäristöystävällisin menetelmin kationisia eli positiivisen varauksen omaavia tärkkelysjohdannaisia. Aluksi kationista tärkkelystä valmistettiin natiivitärkkelyksestä hyödyntäen ionista nestettä, jota voidaan pitää tavanomaisiin orgaanisiin liuottimiin verrattuna ympäristöystävällisenä liuottimena. Lisäksi tutkimuksessa hyödynnettiin mikroaaltoaktivointia, joka on perinteistä haudekuumennusta huomattavasti tehokkaampi lämmitysmenetelmä.

Natiivitärkkelyksen, erityisesti perunatärkkelyksen, valmistamisessa muodostuu kuitenkin paljon tärkkelyspitoista jätettä, kuten perunan kuorijätettä. Tämä väitöstutkimus osoitti, että kuorijätteestä voidaan valmistaa kationista tärkkelystä samalla tavoin kuin natiivitärkkelyksestä. Reaktioliuottimena voidaan käyttää vettä ja lämmitysmenetelmänä mikroaaltoaktivointia tai perinteistä haudekuumennusta. Tällä hetkellä kuorijäte pääasiassa kompostoidaan tai käytetään vähäisissä määrin eläinten rehuna. Kuitenkin jätteen hyödyntäminen on tärkeä osa materiaalitehokkuutta ja biomateriaalien kestävää käyttöä, joten kompostoinnin sijaan tärkkelyspitoisesta jätteestä voidaan valmistaa korkean lisäarvon biotuotteita.

Tutkimuksessa valmistettuja kationisia tärkkelysjohdannaisia tutkittiin alustavasti potentiaalisina vedenpuhdistuskemikaaleina. Valmistetut kationiset tärkkelykset sitoivat vedestä tehokkaasti raskasmetalli-ioneja kuten Cu(II)-, Zn(II)-, Fe(III)- ja Cr(VI)-ioneja.