VTT:n tutkija, DI Minna Hakalahti selvitti biotuotetekniikan alan väitöstutkimuksessaan, miten nanoselluloosan luontaisia ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää membraaneissa eli puoliläpäisevissä kalvoissa. Puoliläpäiseviä kalvoja käytetään erilaisissa erotus- ja puhdistusprosesseissa, esimerkiksi vedenpuhdistuksessa.
”Puupohjainen nanoselluloosa on aivan uudenlainen materiaali membraaneissa. Siinä missä monet perinteiset, synteettisistä polymeereistä tehdyt kalvot hylkivät vettä, nanosellukalvo on päinvastoin hydrofiilinen. Tutkimuksen lähtökohtana olikin selvittää nanoselluloosan ja veden vuorovaikutusta membraanisovelluksissa”, Hakalahti selittää
Vaikka yleensä selluloosamateriaalien vesiherkkyyttä on pidetty haitallisena ominaisuutena suorituskyvyn kannalta, membraaneissa se onnistuttiin kääntämään hyväksi ja muista nanomateriaaleista erottavaksi asiaksi.
”Nanosellusta pystytään tekemään tiukkoja ja hydrofiilisia membraanirakenteita. Tällaisella kalvolla voidaan esimerkiksi ottaa talteen metalleja kaivosten jätevesistä.”
Nanoselluloosakalvo näyttää sopivan myös orgaanisten liottimien suodatukseen paremmin kuin perinteiset membraanit.
Materiaalin biopohjaisuus ja mahdollinen biohajoavuus tekee siitä ympäristön kannalta suotuisan. Membraanien käyttöikä on niiden likaantumisen takia joka tapauksessa rajallinen.
Ominaisuudet muokattavissa
Tutkimuksessa havaittiin, että nanoselluloosakalvon hienorakennetta pystytään säätämään vesihöyryn avulla. Tähän ymmärrykseen pohjautuen kalvon ominaisuuksia pystytään muokkaamaan tarkasti ja yksinkertaisesti. Materiaali on muokattavissa myös kemiallisesti, jolloin erilaisia toiminnallisuuksia voidaan lisätä tarpeen mukaan.
”Jos kalvon pintaan on kytketty pieni määrä lämpötilaan reagoivaa polymeeriä, kalvon läpäisevyyttä voidaan muuttaa lämpötilan avulla”, Hakalahti mainitsee vain yhtenä esimerkkinä.
”Tästä ominaisuudesta voisi olla hyötyä kalvon likaantumisen estämisessä tai kalvon puhdistuksen apuna”, hän selittää.
Myös kalvon vesilujuutta pystytään parantamaan kemiallisella muokkauksella ilman, että luontaista vesiherkkyyttä menetetään.
Hakalahden väitöstutkimus on tehty osana EU-rahoitteista Nanoselect-hanketta, jossa oli mukana yliopistoja, yrityksiä ja tutkimuslaitoksia ympäri Euroopan. Perustutkimuksellinen osuus suoritettiin Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa. Seuraava askel on löytää nanosellumembraanille sopivia käyttökohteita.
- Minna Hakalahti: Cellulose Nanofibril Films as Bioinspired Membranes – Capitalizing on Water Interactions (Nanoselluloosakalvot membraanimateriaalina – vesivuorovaikutusten hyödyntäminen). Aalto University publication series, Doctoral dissertations 31/2018, VTT Science 171
Teksti Katariina Krabbe
Kuva VTT Technical Research Centre Of Finland Ltd
