土壤聚合物材料性能、結(jié)構(gòu)及有害金屬固化浸出研究.pdf

1、為克服硅酸鹽水泥的耐久性不足、收縮大、環(huán)境協(xié)調(diào)性差等缺陷，有效降低有害金屬的污染，開(kāi)發(fā)耐久、環(huán)境友好的結(jié)構(gòu)新材料，用于工程結(jié)構(gòu)與有害廢物固化處理，具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。本文制備了偏高嶺土基土壤聚合物、粉煤灰基土壤聚合物和土聚復(fù)合水泥三種土壤聚合物材料；系統(tǒng)研究其物理力學(xué)性能和耐久性能，借助X射線衍射(XRD)、掃描電鏡一能譜(SEM-EDS)、紅外光譜(IR)、核磁共振(NMR)和壓汞(MIP)等技術(shù)手段，研究微觀組成與結(jié)構(gòu)，分

2、析微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系；試驗(yàn)對(duì)比了土壤聚合物材料對(duì)有害金屬的固化效果；通過(guò)研究有害金屬對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)合靜態(tài)吸附試驗(yàn)，分析有害金屬固化機(jī)理；推導(dǎo)了自由有害金屬的擴(kuò)散控制方程，建立有害金屬浸出過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，試驗(yàn)測(cè)定了相關(guān)參數(shù)，使用有限單元法進(jìn)行三維數(shù)值模擬計(jì)算。主要研究成果如下： (1)三種土壤聚合物材料物理力學(xué)性能和耐久性能良好，尤其具有干縮小、抗硫酸鹽和氯離子侵蝕性能優(yōu)良、不發(fā)生危害性堿一硅酸反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，可以作為工程

3、結(jié)構(gòu)材料使用。 (2)偏高嶺土基土壤聚合物產(chǎn)物中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)晶體存在，鋁以四配位態(tài)存在，[AlP<,4>]四面體和[SiO<,4>]四面體相互鍵接構(gòu)成空間三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；粉煤灰基土壤聚合物主要產(chǎn)物有：八面沸石、水霞石和無(wú)定形膠體；土聚復(fù)合水泥的兼有水泥和土壤聚合物的產(chǎn)物；三種土壤聚合物材料產(chǎn)生的無(wú)定形膠體均為堿金屬鋁硅酸鹽，化學(xué)成分不同于C-S-H凝膠。土壤聚合物材料更好的密實(shí)性、化學(xué)穩(wěn)定的產(chǎn)物和獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)是其具有優(yōu)良耐久性能

4、的原因。 (3)三種土壤聚合物材料對(duì)銅、鉛、鎳、鋅、鎘等有害金屬均具有較好的固化效果，固化率在99.8％以上；固化效率和離子半徑有較好的相關(guān)性；制備的固化體不具備浸出毒性。土聚復(fù)合水泥對(duì)銫和鍶的固化效果好于普通硅酸鹽水泥。土壤聚合物材料可作為固化處理有害金屬的新型固化技術(shù)。 (4)有害金屬有選擇地進(jìn)入到土壤聚合物材料產(chǎn)物中，通過(guò)化學(xué)結(jié)合的方式影響到某些基團(tuán)和Al、Si原子核周圍的環(huán)境，使其振動(dòng)頻率和共振吸收峰發(fā)生變化。土