Kiertotalouspohjaiset katalyyttimateriaalit : soveltuvat teollisuuden sivuvirrat, katalyytin valmistus ja käyttö

Abstract

Tässä tutkielmassa on esitelty vuosien 2015–2020 aikana tehtyjen tutkimusten tuloksia kiertotalouspohjaisten katalyyttien käytöstä erityisesti erilaisissa hapetusreaktioissa. Tutkielmassa on tarkasteltu kiertotalouspohjaisia katalyyttimateriaaleja, kuten punaliejua, lentotuhkaa, masuunikuonaa, biohiiltä ja alkaliaktivoituja materiaaleja sekä niiden ominaisuuksia ja käyttökohteita. Lisäksi tutustuttiin kehittyneisiin hapetusprosesseihin yleisellä tasolla ja perehdyttiin tarkemmin heterogeeniseen Fenton-hapetukseen, eli katalyyttiseen märkäperoksidihapetukseen.

Tutkielmassa esiteltiin yleisesti mitä katalyytit ovat, niiden tärkeimmät ominaisuudet sekä niiden toimintamenetelmät. Tarkasteltiin myös homo- ja heterogeenistä katalyysiä, niiden välisiä eroja ja yhtäläisyyksiä sekä niiden tärkeimpiä käyttökohteita. Tutkielmassa perehdyttiin tarkemmin punaliejun, lentotuhkan, masuunikuonan ja biohiilen tuotantomenetelmiin, esikäsittelyyn, niiden fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin sekä aktivointimenetelmiin, kuten happo- ja/tai emäsaktivointiin. Tarkasteltiin myös alkaliaktivoitujen materiaalien raaka-aineita, ominaisuuksia sekä käyttökohteita. Yhteen alkaliaktivoitujen materiaalien alalajiin, geopolymeereihin, tutustuttiin tarkemmin. Tutkielmassa tarkasteltiin myös geopolymeerien ehkä yleisintä raaka-ainetta, metakaoliinia ja sen valmistusprosessia sekä sen kemiallista rakennetta ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Kirjallisuustutkimuksen perusteella voidaan sanoa, että kiertotalouspohjaisia katalyyttejä voidaan käyttää tehokkaina katalyytteinä sekä niiden tukiaineina. Teollisuuden sivuvirrat, kuten punalieju, masuunikuona ja lentotuhka, sivuvirroista valmistetut materiaalit (alkaliaktivoidut materiaalit) sekä jätebiomassasta valmistettu biohiili ovat potentiaalisia katalyyttien raaka-aineita. Näissä materiaaleissa on joko paljon aktiivista metallia tai niiden ominaispinta-ala ja huokoisuus ovat niin suuria, että ne toimivat tehokkaina katalyytteinä ja niiden tukiaineina. Kiertotalouspohjaisten katalyyttien suunnittelussa tulee tehdä vielä suuria muutoksia, jotta kaupallisten jalometallikatalyyttien käyttöä voitaisiin vähentää ja siirtyä kestävimpiin valmistusprosesseihin.