中國科學院：武漢巖土所污泥焚燒灰基地質聚合物固化劑研究獲進展

　　地質聚合物通常由富含鋁硅酸鹽的前驅材料與堿性溶液反應合成。這一合成過程一般包括在腐蝕性環境中從富含鋁硅酸鹽的前驅材料中溶解出硅和鋁，而后將硅和鋁離子凝膠化形成單體，繼而縮聚形成三維網絡結構的地質聚合物。與混凝土材料相比較，地質聚合物表現出更高的強度、耐久性和耐高溫性能，具有替代水泥作為可持續土工材料的潛力。污泥焚燒灰是高溫焚燒市政污泥而產生的殘渣，其資源化利用決定了污泥焚燒技術的可持續發展。

　　污泥焚燒灰中含有大量的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈣，是潛在的地質聚合物前驅體。中國科學院武漢巖土力學研究所將污泥焚燒灰和偏高嶺土混合，采用NaOH和Na₂SiO₃作為激發劑，運用干拌法制備出地質聚合物（圖1）。該方法避免了污泥焚燒灰強吸水性對地質聚合物性能的劣化效應，既節約了自然資源，又減少了固廢對環境的污染。

　　該成果揭示了Na₂O/SiO₂摩爾比為0.30和SiO₂/Al₂O₃摩爾比在3.00~3.60范圍內，地質聚合物的抗壓強度最高；樣品在40℃保存7天再在室溫保存有助于進一步提升地質聚合物的抗壓強度；該地質聚合物的主要反應產物為鈉鋁硅酸鹽凝膠（圖2）；浸出毒性實驗表明，污泥焚燒灰基地質聚合物浸出液中重金屬濃度未超過規定的限值，不具有環境風險。該研究將污泥焚燒灰轉化為綠色建筑產品，并可有效地固化/穩定化污泥焚燒灰中的污染物，具有廣泛的應用價值。

　　相關研究成果發表在Applied Clay Science上。研究工作得到國家自然科學基金國際合作與交流項目得支持。

　　論文鏈接 ：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169131721002957?via%3Dihub

圖1.污泥焚燒灰基地質聚合物固化劑的合成和優化

圖2.污泥焚燒灰基地質聚合物固化劑的抗壓強度及微觀結構