Arsenaatin poistaminen vedestä adsorptiolla magneettisilla nanohiukkasilla (γ-Fe2O3)

Arseeni on myrkyllinen ja karsinogeeninen raskasmetalli, jota esiintyy kallio- ja maaperässä. Sieltä arseenia voi liueta pohjaveteen, joka on yleinen juomaveden lähde maailmanlaajuisesti. Arseenipitoisilla pohjavesialueilla kroonisen altistumisen riski on merkittävä ja altistumisen estämiseksi arseenia poistetaan juomavedestä erilaisilla tekniikoilla. Adsorptio perinteisillä adsorbenteillä, kuten aktivoidulla alumiinilla ja rautapohjaisilla adsorbenteillä, on yleisesti käytössä oleva arseenin poistomenetelmä. Tässä tutkimuksessa esitetään nanomittakaavan adsorbentti – maghemiitti – magneettinen nanoadsorbentti – arseenin poistoon. Tutkimuksen tavoitteena oli koota perustietoa uudesta maghemiittinanohiukkasesta ja sen soveltuvuudesta arsenaatin (As(V)), poistoon vedestä laboratoriomittakaavan kokeilla. Tutkimus tehtiin kolmella erilaisella maghemiitilla, jotka erosivat toisistaan käytetyssä synteesitekniikassa: sooli-geeli, mekanokemiallinen ja kaupallinen maghemiitti, joista sooli-geelitekniikalla valmistettu maghemiitti oli päätutkimuskohde. Muut maghemiitit olivat tutkimuksessa mukana vertailutasona. Tutkimuksessa valmistettiin ja karakterisoitiin maghemiittinanohiukkasia, tutkittiin adsorptio- ja desorptiokinetiikkaa sekä arsenaatin adsorptio-ominaisuuksia maghemiittiin, määritettiin adsorptiomekanismi ja arvioitiin maghemiitin stabiiliutta ja uudelleen regeneroitavuutta. Tulokset osoittivat sooli-geelisynteesillä valmistettujen maghemiittinanohiukkasten soveltuvan arseenin poistoon adsorptiotekniikalla. Maghemiitin syntetisointi sooli-geelitekniikalla on nopeaa, työskentely sujuvaa ja tuloksena on toistuvasti korkealaatuisia nanohiukkasia. Sooli-geeli maghemiitti adsorboi arsenaattia hyvin eikä esikäsittelyä tarvita ennen adsorptiokokeita, sitä on helppo käsitellä ja erottaa vedestä ulkoisella magneetilla. Maghemiitilla on useita taloudellisesti ja ympäristön kannalta tärkeitä ominaisuuksia: maghemiitti säilyttää alkuperäisen arseeniin adsoptiokyvyn kuuden regeneroinnin jälkeen, on stabiili ja tuottaa vain pienen määrän arseeni-maghemiitti jätettä. Lisäksi sooli-geeli maghemiitti on kilpailukykyinen adsorptio-ominaisuuksiltaan aktivoidun alumiinin kanssa. Molempien adsorbenttien käyttö vaatii huolellista valvontaa johtuen pH:n säätötarpeesta, vedessä olevien muiden ionien häiritsevästä vaikutuksesta ja regeneroinnista. Aktivoitu alumiini pystyy poistamaan hieman enemmän arsenaattia kuin sooli-geeli maghemiitti, mutta sooli-geeli maghemiitti on puolestaan stabiilimpi, muodostaa vähemmän jätettä ja erotus vedestä tapahtuu helposti ja nopeasti ulkoisella magneetilla.