Sorption of ions from solutions using bio-based waste stream materials as sorbents

kau.se

Simple search

Advanced search -
Research publications Advanced search -
Student theses Statistics

Change search

ExportLink to record

Permanent link

Direct link

http://kau.diva-portal.org/smash/project.jsf?pid=project:8771

BETA

Project

Project type/Form of grant

Project grant

Title [sv]

Sorption av joner ur lösning med hjälp av material från biobaserade restströmmar

Title [en]

Sorption of ions from solutions using bio-based waste stream materials as sorbents

Abstract [sv]

Tillgång till rent vatten är en grundläggande mänsklig rättighet och essentiellt för en hållbar utveckling. Ett av världens stora problem idag är hur vi kan motverka miljöförstöringen, speciellt hur vi kan hantera vattenföroreningar samtidigt med den indistruella tillväxten. Inför allt strängare regleringar har vattenföroreningar också blivit en stor källa till oro på politisk och offentlig nivå, och som ett resultat av detta en självklar prioritet för de flesta industrisektorer. En av de svåra vattenföroreningarna att hantera är tungmetaller. Tungmetaller är inte biologiskt nedbrytbara, tenderar att ackumuleras i ekosystemet och återfinns i de högre näringskedjorna. Låga koncentrationer av dessa metaller i vatten kan vara förödande på grund av deras toxicitet och potentiella cancerframkallande egenskaper. De vanligaste och farligaste föroreningarna är bly, kvicksilver, krom, nickel och koppar. Dessutom ökar användningen av många andra metaller vars hälsoproblem inte är lika väl dokumenterat, exempelvis kobolt, silver och guld etc. Dessa tungmetaller återfinns ofta avloppsvatten och deras nivåer måste minimeras.Detta projekt kommer bedrives i nära samarbete med Saft, en global och världsledande batteritillverkare. Saft fabriken i Oskarshamn är världens största nickel-kadmium batteritillverkare. Medan en batteriindstri utan avfallsgenerering ännu inte är möjlig, är det nödvändigt att hitta sätt att minska och minimera uppkomsten av avfall. Under tillverkningsprocessen är det väldigt viktigt att minimera utsläppen av Cd(II), Ni (II), Fe(II) och Fe(III). Idag används en traditionell jonbytare som sista reningssteg i processavloppsverket, men det är mycket tilltalande att minska nivåerna ytterligare och hitta mer miljövänliga biobaserade alternativ. Dessutom förekommer ett annat reninssteg där bariumhydroxid används för att binda sulfatjoner under tillverkningen. Att utveckla ett biobaserat ersättningsmaterial till bariumhydroxid som årligen ger upphov till 240 ton bariumsulfat avfall per år (enbart i Oskarshamn fabriken) är mycket önskvärt.Sverige har en av de största tillgångarna av barrträdsbiomassa som används av industrin, exempelvis vid byggnation och tillverkning av papper, men andra delar av biomassan är underutnyttjad så som sågspån och flis. Även massa- och pappersindustrin använder endast cellulosa delen av biomassan. Dessa lågvärdesavfallsströmmar innehåller lignin. Till skillnad från cellulosa är valorisering av lignin fortfarande underutvecklad, lignin har därför förblivit ett underutnyttjat biomaterial. Det skulle vara mycket fördelaktigt att ta till vara på de tillgängliga materialet i dessa avfallsströmmar för att behandla och rena vatten. Lignin behöver modifieras för att förbättra metall och sulfatupptagsförmågan från vattenströmmar och för att optimera ligninpolymeren kommer andra biomaterial eller avfallsmolekyler att användas. De eftertraktade metallerna kan i slutet återvinnas, antingen genom en jonbytesprocess där metallerna isoleras och den modifierade ligninpolymeren återanvänds, alternativt sker återvinningen av metallerna genom att biomaterialet förbränns. Projektet är tydligt kopplat till FNs hållbarhetsmål (SDGs). Att vattenförorening skapar stor oro globalt framgår av att tillgång till rent dricksvatten beskrivs i FN:s mål för hållbar utveckling. Enligt SDG 6 är tillgång till rent vatten och sanitet grundläggande för människors hälsa samt för miljömässig hållbarhet och ekonomiskt välstånd. Redan idag saknar mellan 700 miljoner och 1 miljard människor tillgång till rent dricksvatten. Detta gör det föreslagna projektet även relevant för SDG 11 (Hållbara städer och samhällen) och SDG 12 (Hållbar konsumtion och produktion). Dessutom är projektet indirekt kopplat till SDG 13 (Bekämpa klimatförändringar) med tanke på sambandet mellan ökad förorening och klimatförändringar. Två faktum innebär dock att SDG 9 (Hållbar industri, innovation och infrastruktur) är det viktigaste målet för vårt projekt: i) Batteri

Abstract [en]

Climate change, population growth, and consumer awareness on sustainability pose a challenge to minimize industrial waste and prolong consumables lifespan, that will be produced in a sustainable manner. New cost-effective and sustainable sorbents have a potential to solve a number of such issues. The purpose of the project is to increase the share of bio-based materials for ion removal, mitigate water source contamination and minimized waste generation. A sustainable pathway from waste streams of lignocellulose to functionalized lignin-based sorbents will be developed. Lignin properties tailoring takes place during lignocellulose fractionation. Further modification of new lignin-based materials will be performed to generate materials with higher sorption capacity and selectivity. The developed materials will be characterized and tested for purification of wastewater streams from battery manufacturing and remove parasitic ions from the electrolyte to prolong the life span of the batteries. Structure-function relationships will be established to conclude on the importance of lignin post modification. Obtained results enable the foundation for follow-up work on biomass-based sorbent materials and their application in current industrial cycles.