Solstråler og olje løser skittent problem

Avløpsvann er ofte fullt av organiske miljøgifter. Det gjelder alt fra plantevernmidler til legemiddelrester. Disse er vanskelige å fjerne med vanlige rensemetoder.

Men en ny doktorgradsavhandling viser en kreativ metode for å bli kvitt dem.

Zygimantas Gricius. Foto: NTNU VIS MER

– Vi kan bruke sollys og små oljedråper for å bryte ned de skadelige kjemikaliene i vannet, sier Zygimantas Gricius ved NTNU.

– Sammen med kolleger har Gricius undersøkt rensing av industrielt avløpsvann.Vi så på nedbrytning av naftensyrer, som kan forekomme i avløpsvann fra petrokjemisk industri, kjemisk produksjon og tekstilindustri, sier professor og veileder Gisle Øye ved Institutt for kjemisk prosessteknologi.

• Les også: Naturen lider når du kaster søppel i do

Små dråper renser vannet

De små oljedråpene kalles fotokatalytiske Pickering-emulsjoner. En emulsjon er en blanding av to væsker som ikke er fullstendig løselige med hverandre. Det trenger du neppe bry deg om her.

Men dråpene fungerer som bittesmå kjemiske reaktorer som altså kan bryte ned organisk forurensning.

– Oljedråpene blir stabilisert av nanopartikler som aktiveres av lys, for eksempel fra sola, sier Gricius.

• Les også: Lager miljøvennlig fosfor fra avløpsvann

Partikler setter i gang rensingen av avløpsvann

Disse nanopartiklene er for eksempel titandioksid (TiO_₂). Partiklene legger seg mellom oljen og vannet. Der fanger de opp sollyset og setter i gang reaksjoner som bryter ned miljøgiftene.

Forskningen gikk ut på å finjustere disse blandingene slik at de ble mer effektive, stabile og gjenbrukbare. Gricius fant flere nyttige faktorer.

• Ved å kombinere dråpene med TiO_₂, fikk forskerne dråper som kunne brukes flere ganger uten å miste effekt.
• Polymerer er store molekyler med en struktur som repeterer seg. Belegg av polymerer, som poloksamer, hjalp dråpene med å tåle endringer i vannsammensetning. Men det kunne redusere renseevnen litt.
• Silaner er en gruppe kjemiske forbindelser. Overflatebehandling med silaner ga bedre kontroll over hvordan dråpene dannes og samhandler med forurensningene.
• Å tilsette gull til titandioksid ga bedre forbedret lysfangst og effektivitet. Det gjelder under både UV- og vanlig dagslys, der ulike lyshøstingsmekanismer spiller inn. Det ga også mer stabile dråper.

Viser hvordan vi kan tenke nytt

Avhandlingen gir ikke bare ny innsikt i fotokatalytiske emulsjoner. Den viser også hvordan vi kan tenke nytt om bærekraftig vannrensing.

Gisle Øye. Foto: NTNU VIS MER

– Ved å kombinere sollys, smarte materialer og kjemiske tilsetninger ser vi at vi kan finne en billig, gjenbrukbar og skalerbar metode for å rense forurenset vann, sier Gricius.

Teknologien er fortsatt i en tidlig fase, og derfor er det ennå ikke etablert noen direkte kontakt med industrien. Ennå finnes det ingen kommersielle produkter basert på Pickering-emulsjonsteknologi. Dette skyldes delvis at feltet først nylig har fått en renessanse og blitt anerkjent som lovende i industrien.

Prosjektet var et samarbeid mellom Ugelstad-laboratoriet, Katalysegruppen og Partikkelteknologisenteret ved Institutt for kjemisk prosessteknologi, NTNU.

Gricius jobbet med studentene Cippora Magagnin, Adriana Mina og Laurine Mroz. Magnus Rønning bidro også som veileder for prosjektet.

Referanser:

Zygimantas Gricius, Cippora Magagnin, Adriana Mina, Gisle Øye, Design of TiO₂-poloxamer stabilized Pickering emulsions for the photocatalytic degradation of 4-propylbenzoic acid, Chemical Engineering Journal Advances, Volume 22, 2025, 100730, ISSN 2666-8211. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2025.100730

Zygimantas Gricius, Gisle Øye. Pickering Emulsions Stabilized by Hybrid TiO₂-pNIPAm Composites for the Photocatalytic Degradation of 4-Propylbenzoic Acid. ACS Omega 2025, 10, 2, 1988–2002, Published January 7,  2025. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c07847

Zygimantas Gricius, Gisle Øye. Recent advances in the design and use of Pickering emulsions for wastewater treatment applications. Soft Matter. Issue 5, 2023.