Potential of nanocellulose for removing nanoplastics from wastewater through adsorption

Abstract

Nanoplastic (NP) pollution is a significant environmental threat, caused by the minute size of nanoplastics allowing them to infiltrate and accumulate in water ecosystems. This causes bioaccumulation and damages to the environment, different aquatic species and to even humans through the food chain. Wastewater treatment plants are significant transfers of NPs into the environment, but they do not have any specific removal methods for NPs, resulting in poor removal rate.

This literature review aims to investigate the use of nanocellulose, particularly cellulose nanofibers for the removal on NPs from wastewater trough adsorption. Nanocelluloses’ unique properties such as high specific surface area, porous structure and hydroxyl rich surface make them an efficient material for an adsorbent. Anionic modification of CNF enhances adsorption, since the primary adsorption mechanism is electrostatic interactions between NPs and nanocellulose-based adsorbents. Additionally, nanocellulose’s easily modified structure allows them to be made into hydro- and aerogels that have excellent adsorption capacities.

This study concluded that nanocellulose shows promising adsorption capacity, efficiency and fast adsorption rate for removing NPs. Additionally, hydro- and aerogels could potentially be used as an environmentally friendly alternative for removing NPs at wastewater treatment plants in the tertiary stage. For this to be possible, following research gaps should be addressed. Future research should focus on real wastewater conditions and optimizing adsorption parameters for large-scale applications.

Nanomuovit ovat merkittävä ympäristöuhka, sillä niiden pieni koko mahdollistaa niiden päätymisen ja kertymisen vesiekosysteemeihin. Tämä aiheuttaa bioakkumulaatiota ja vahinkoa ympäristölle, eri vesieliöille ja jopa ravintoketjun kautta ihmisille. Jätevedenpuhdistamot ovat merkittäviä nanomuovien kulkeutumisreittejä vesistöihin, mutta niissä ei ole erityisiä poistomenetelmiä nanomuoveille, mikä johtaa huonoon poistotehoon.

Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena on tutkia nanoselluloosan, erityisesti selluloosananokuitujen, käyttöä nanomuovien poistamiseen jätevesistä adsorptiomenetelmällä. Nanoselluloosan ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten suuri pinta-ala, huokoinen rakenne ja hydroksyylipitoinen pintarakenne tekevät siitä tehokkaan adsorbentin. Nanoselluloosakuitujen anioninen muokkaus parantaa adsorptiokykyä, koska pääasiallisena adsorptiomekanismina toimivat sähköiset vuorovaikutukset nanomuovien ja nanoselluloosapohjaisten adsorbenttien välillä. Lisäksi nanoselluloosan helposti muokattava rakenne mahdollistaa sen valmistamisen hydro- ja aerogeeleiksi, joilla on erinomaiset adsorptiokapasiteetit.

Tässä tutkimuksessa todettiin, että nanoselluloosasta tehdyillä adsorbenteilla on korkea adsorptiokapasiteetti, adsorptiotehokkuus, sekä nopea adsorptiokyky nanomuovien poistamiseksi. Lisäksi hydro- ja aerogeelit voivat potentiaalisesti toimia ympäristöystävällisinä adsorbentteina nanomuovien poistamisessa jätevedestä jätevedenpuhdistamoiden tertiäärisessä vaiheessa. Tämän mahdollistamiseksi tulevaisuuden tutkimusten tulisi keskittyä todellisien jätevesinäytteiden käyttämiseen ja adsorptioparametrien optimointiin, jotta menetelmiä voisi hyödyntää täyden mittakaavan sovelluksissa.