Monolithic Adsorption Filtration for Water Samples

Abstract

This thesis was done at Tampere University of Technology, Laboratory of Chemistry and Bioengineering. When water is contaminated with viruses, the risk of infection is 10-1000 times greater than with bacteria at same level of exposure. Therefore, a fast and effective method to concentrate viruses in water is needed.

The objective of this work was to prepare a monolithic adsorption filter (MAF) and characterize its structure. The purpose of this work was to produce a monolithic column and characterize its structure with a scanning electron microscope. A macroporous epoxy-based monolithic column was synthesized by self-polymerization of polyglycerol-3-glycidyl ether. The other purpose was to test how the prepared monolith column works with different water samples. The MAF method was tested with two different water samples: 1 l tap water sample and 10 l surface water sample.

As a result of this work, the monolithic column was successfully prepared and preparation protocol for monolithic column was developed. It was found out that the inner structure of the column was inhomogeneous. The method for filtering water was successfully tested with 10 l surface water sample.

The inhomogeneous monolithic structure of the column indicates that reaction temperature was too high during polymerization. The reason for the inhomogeneity of the monolithic structure will need to be found out in future studies. The 10 l surface water test suggest that larger volumes of water can be filtered using this method.

Opinnäytetyön kokeellinen osuus suoritettiin Tampereen teknillisen yliopiston kemian ja biotekniikan laboratoriossa. Opinnäytetyön tavoitteena oli monoliitti adsorptiosuodattimen valmistus ja karakterisointi. Tarkoituksena oli syntetisoida monoliittinen kolonni sekä tutkia kolonnin rakennetta pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Monoliittinen kolonni valmistettiin polyglyseroli-3-glysidyylieetterin itsepolymerointireaktion avulla. Lisäksi tarkoituksena oli testata valmistetun monoliitin toimivuutta 1 l hanavesinäytteen ja 10 l raakavesinäytteen suodatuksella.

Työssä saatiin kehitettyä monoliittikolonnille valmistusmenetelmä, jonka avulla pystyttiin tuottamaan toistettavia kolonneja. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla havaittiin, että kolonnin monoliittinen rakenne oli epähomogeeninen. Vesinäytteen suodatukseen kehitetty menetelmä saatiin onnistuneesti testattu molemmilla vesinäytteillä. Hieman sameampi raakavesinäyte ei tukkinut kolonnia suodattimen aikana.

Tavoitteena ollut monoliittiadsorptiosuodattimen valmistus onnistui. Valmistetulla monoliitilla oli haluttu huokoinen rakenne sekä korkea huokoisuus. Kolonnin epähomogeeninen rakenne johtui luultavasti liian korkeasta reaktio lämpötilasta. Jatkossa reaktiolämpötilaa täytyy seurata, jotta voidaan selvittää epähomogeenisen rakenteen syitä. Raakavesinäytteen onnistunut suodatus viittaa siihen, että menetelmällä voidaan suodattaa suurempia vesinäytteitä.