Metalli-orgaaniset runkorakenteet eli MOF-materiaalit ovat yksi kemiantutkimuksen kuumista aiheista. Alan pioneerit Susumu Kitagawa, Richard Robson ja Omar M. Yaghi palkittiin vuonna 2025 kemian Nobel-palkinnolla. MOF-materiaalit ovat avanneet kokonaan uusia mahdollisuuksia kaasujen ja nesteiden sitomiseen sekä niiden varastointiin ja erotteluun.
“MOF-tutkimuksen tavoitteena on löytää ratkaisuja globaaleihin haasteisiin, kuten puhtaan veden saatavuuteen, resurssitehokkuuteen ja ilmastonmuutokseen”, LUT-yliopiston erotustekniikan professori Eveliina Repo kertoo.
MOF-materiaalit sitovat epäpuhtauksia
MOF-materiaalit rakentuvat metalli-ioneista ja niitä yhdistävistä orgaanisista molekyyleistä. Näistä muodostuu erittäin huokoisia ja kolmiulotteisia rakenteita, joiden sisäpinta-ala voi yhdessä grammassa materiaalia vastata jopa jalkapallokentän alaa. Tämän ansiosta MOFit pystyvät sitomaan suuria määriä erilaisia yhdisteitä, kuten kaasuja, liuottimia tai epäpuhtauksia vedestä.
“Suurin osa vedessä olevista haitallisista tai taloudellisesti arvokkaista aineista esiintyy hyvin pieninä pitoisuuksina ja sekoittuneina muihin yhdisteisiin. MOF-materiaaleja voidaan muokata niin, että ne ottavat vedestä talteen vain tiettyjä metalleja, ravinteita tai esimerkiksi lääkeaineiden jäämiä”, LUTin tutkijatohtori Kinga Skalska-Tuomi sanoo.
MOF-materiaaleja ei esiinny luonnossa vaan niitä kehitetään laboratorio-olosuhteissa. Materiaaleja voidaan muokata esimerkiksi fotokatalyyttisiksi, jolloin valon avulla voidaan hajottaa niihin sitoutuneita yhdisteitä. Tähän mennessä on kehitetty jo yli 10 000 erilaista MOF-rakennetta, ja uusia luodaan jatkuvasti.
MOF-materiaalien avulla voidaan tuottaa puhtaampaa juomavettä
MOF-materiaaleja tutkitaan ympäri maailmaa. Tutkimus on edennyt nopeasti erityisesti ympäristö- ja vesiteknologian suuntaan, vaikka teollisen mittakaavan sovellukset ovat vasta kehitystyön alla.
“MOF-materiaalit parantavat juomaveden laatua poistamalla sellaisia haitallisia aineita, joiden poistaminen on nykytekniikoilla vaikeaa. MOFeja voidaan hyödyntää myös kierrätysprosesseissa. Ne voivat auttaa arvokkaiden resurssien talteenotossa jätteistä, mikä tukee materiaalien kestävämpää käyttöä”, Skalska-Tuomi kommentoi.
Tulevaisuudessa MOF-materiaaleja voidaan hyödyntää vedenpuhdistuksen lisäksi esimerkiksi ilmanpuhdistuksessa, energian varastoinnissa tai hiilidioksidin ja muiden kaasujen talteenotossa teollisuuden päästöistä.
MOF-tutkimusta esitellään Mikkelin ETWT-konferenssissa
LUT-yliopiston erotustekniikan osastolla tutkitaan MOF-materiaaleja osana vesitutkimusta. Muita sovellusaloja ovat muun muassa puhtaan vedyn tuotanto sekä hiilidioksidin, kriittisten raaka-aineiden ja ympäristölle haitallisten aineiden talteenotto.
“MOF-tutkimuksen tavoitteena on edistää luonnonvarojen kestävää käyttöä ja kehittää puhtaan energian ratkaisuja. Tavoitteena on siirtää uudet materiaalit tutkimusympäristöstä käytännön sovelluksiin”, Repo lisää.
MOFit ovat yksi teema kansainvälisessä Emerging Trends in Water Treatment (ETWT) -konferenssissa, joka järjestetään Mikkelissä 9.–11. kesäkuuta. Konferenssi kokoaa yhteen johtavia tutkijoita ja muita alan toimijoita keskustelemaan uusista materiaaleista, edistyneistä puhdistusmenetelmistä ja vedenkäsittelyn kestävistä ratkaisuista.
Lisätietoja:
Eveliina Repo
