1 / 23

Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech

VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE FAKULTA CHEMICKÉ TECHNOLOGIE. ÚSTAV SKLA A KERAMIKY. Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech. Martina Minaříková František Škvára. Geopolymerace.

pisces
Download Presentation

Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE FAKULTA CHEMICKÉ TECHNOLOGIE ÚSTAV SKLA A KERAMIKY Fixace těžkých kovův geopolymerních materiálech Martina Minaříková František Škvára

  2. Geopolymerace n(Si2O5,Al2O2) + 2nSiO2 + 4nH2O + NaOH (KOH) Na+,K+ + n(OH)3 -Si-O-Al--O-Si-(OH)3 (OH)2 n(OH)3-Si-O-Al--O-Si-(OH)3 + NaOH (KOH) (Na+,K+)-(-Si-O-Al--O-Si-O-) + 4nH2O (OH)2 O O O • rozpouštěním, následkem vzniku komplexů s hydroxidovými ionty vznikají mobilní prekurzory • částečná orientace mobilních prekurzorů • reprecipitace, kdy se celý systém zpevňuje za vzniku anorganické polymerické struktury

  3. Cíle práce • syntéza geopolymerních materiálů za přítomnosti některých těžkých kovů • vliv koncentrace a typu sloučenin těžkých kovů na vlastnosti a mikrostrukturu • vyluhovatelnost těžkých kovů z matrice geopolymerních materiálů, schopnost imobilizace těžkých kovů v matrici geopolymeru • porovnání vlastností geopolymerních materiálů s materiály na bázi PC, zejména za přítomnosti kovů

  4. Charakterizace výchozích surovin Tab.1 : Chemické složení surovin Tab. 2 : Hustota a měrný povrch surovin

  5. 2cm 2cm 2cm Příprava vzorků • Příprava alkalického aktivátoru Obsah Na2O (nebo K2O)[%] Silikátový modul MS Vodní součinitel wwpopílek = 0.30 a wcement = 0.29 (podobné reologické vlastnosti)

  6. 2cm 2cm 2cm Směs popílku a alkalického aktivátoru (roztok vodního skla a hydroxidu) NAVÁŽENÍ SMĚSI (homogenizace se solemi, popř. sádrovcem) AA popílek sušárna 80°C/12h ODLITÍ KAŠE DO FOREM (zhutnění na vibračním stolku) PO 24 HODINÁCH VZORKY ODFORMOVÁNY A PONECHÁNY NA VZDUCHU (20°C, rel. vlhkost 30-40%)

  7. pevnost v tlaku (po 2, 7, 14, 28, 90, 180, 360 a 520-ti dnech od přípravy) Použité metody • RTG difrakce • Vysokotlaká rtuťová porozimetrie • Infračervená spektroskopie • NMR v pevné fázi (29Si a 27Al) • SEM s ED spektrometrem • AAS (vyluhovatelnost těžkých kovů)

  8. Výsledky a diskuze • koncentrace kovů Zn, Cu, Cr, Cd: 0.5; 1; 1.5 a 2 hmot.% • koncentrace kovů Pb: 0.5 a 1 hmot.% • doba tuhnutí: zhruba 1-2 dny (AA popílky, které nebyly uloženy do sušárny) • přídavek 3.5 hmot.% CaSO4·2H2O  5 hodin • doba tuhnutí cementových kaší  1 hmot.% Pb2 dny  ZnO 4 dny

  9. Pevnost v tlaku Obr.1 : Pevnost v tlaku AA popílku se sádrovcem a Zn (ZnO) Obr. 2 : Pevnost v tlaku AA popílku s Zn (ZnO)

  10. Pevnost v tlaku Obr. 3 : Pevnot v tlaku PC s Cu (CuSO4 • 5 H2O) Obr. 4 : Pevnost v tlaku PC s Cd(CdCO3)

  11. Pórovitost ρobj.- hustota vzorku bez pórů (He pyknometrie) ρzd..- hustota materiálu s uzavřenými póry (Hg porozimetrie)

  12. RTG difrakce Obr. 5 a 6: Difraktogramy AA popílku a AA popílku s 0.5 hmot.% těžkých kovů 21- AA popílek 29- AA popílek + sádrovec + 0.5 hmot.% Zn (ZnO) - Na aktivace 33- AA popílek + sádrovec + 0.5 hmot.% Zn (ZnO) - K aktivace 37- AA popílek + 0.5 hmot.% Zn (ZnSO4 · 7 H2O) 41- AA popílek + 0.5 hmot.% Cu (CuSO4 · 5 H2O) 49- AA popílek + 0.5 hmot.% Cd (CdCO3)

  13. Infračervená spektroskopie Obr. 7 : Infračervená spektra AA popílku a AA popílků s 0.5 hmot.% těžkých kovů

  14. NMR v pevné fázi 29Si MAS NMR spektra + 1 hmot.% Pb (PbO) + 1 hmot.% Zn(ZnO) + 1 hmot.% Cu (CuSO4· 5H2O)

  15. 27Al MAS NMR spektra popílek Opatovice AA popílek Opatovice AA popílek Opatovice + 1 hmot.% Cr AA popílek Opatovice + 1 hmot.% Pb

  16. SiO2 = 65.09 Al2O3 = 27.95 Na2O = 5.30 SiO2 = 46.02 Al2O3 = 34.35 Na2O = 12.85 SiO2 = 54.83 Al2O3 = 13.33 Na2O = 11.65 CuO = 3.07 SiO2 = 48.74 Al2O3 = 28.45 Na2O = 10.83 CuO = 0.94 SiO2 = 44.72 Al2O3 = 22.74 Na2O = 17.57 CuO = 1.41 SiO2 = 59.96 Al2O3 = 30.02 Na2O = 5.81 SiO2 = 52.12 Al2O3 = 26.59 ZnO = 0.46 Na2O = 2.42 SiO2 = 38.48 Al2O3 = 17.71 Na2O = 2.91 ZnO = 0.76 SiO2 = 8.86 Al2O3 = 3.28 ZnO = 0.58 Na2O = 0.48 Obr. 8: Lomová plocha geopolymeru Obr. 10: Lomová plocha geop. s 0.5 hmot.% Cu (CuSO4 5 H2O) Obr. 9: Lomová plocha geopolymeru s 0.5 hmot.% Zn (ZnO)

  17. Zn Cu Cr Cd Pb Na As V Deion. voda <0.003 <0.015 <0.04 <0.05 <0.05 0.08 <0.4 <0.25 popílek 0.01 <0.015 <0.04 <0.05 <0.05 5.08 1.76 <0.5 AA popílek 0.07 0.05 ~0.04 <0.05 <0.05 1620 20.5 1.4 Cement 0.004 <0.05 <0.04 <0.005 <0.04 27.1 <0.4 <0.5 Stanovení vyluhovatelnosti • stanovení podle přílohy č.4 MŽP č.383/2001Sb. • válcové vzorky 5x8 cm • stáří vzorků 90 dnů, použita frakce 1.25 - 4 mm • loužení v deionizované vodě v poměru 1:10 (S/L) fáze po dobu 24 hodin způsobem „hlava-pata“ • filtrát analyzován metodou AAS spektrometrem Spectr AA880 firmy Varian a koncentrace uvedena v mg/l

  18. A - AA popílek, Na vodní sklo, NaOH a Zn (ZnO) B - AA popílek, Na vodní sklo, NaOH, sádrovec a Zn (ZnO) C - AA popílek, K vodní sklo, KOH, sádrovec a Zn (ZnO) D - AA popílek, Na vodní sklo, NaOH a Zn (ZnSO4 · 7 H2O) E - PC s Zn (ZnO) F - PC s Zn (ZnSO4 · 7 H2O)

  19. Závěr • těžké kovy je možné fixovat do matrice geopolymeru • pevnost v tlaku v časovém období 520-ti dnů neklesají na rozdíl od PC obsahující tytéž soli těžkých kovů • matrice AA popílku je z hlediska stálosti mechanických vlastností a kratší dobou tuhnutí vhodnější pro stabilizaci Zn se sádrovcem, Cd, Pb a Cr

  20. Závěr • přídavek těžkých kovů do AA popílků neovlivňuje výrazně vznikající strukturu z pohledu IČ a NMR spekter • RTG difrakce potvrdila, že nevznikají žádné nové krystalické látky • studium lomových ploch však nepřineslo výrazné informace o povaze produktů obsahující rozdílné těžké kovy • hlavní rozdíl AA popílku od PC je: AA popílek neobsahuje ettringit a Ca(OH)2

  21. Závěr • porovnání vyluhovaných kovů do roztoku s třídami vyluhovatelnosti vyhlášky MŽP č. 383/2001 Sb. • v případě PC dochází k vazbě kovů na C-S-H fázi, popř. vzniku hydroxidů nebo vazbě s Ca a vzniku kovových komplexů • u AA popílků dochází k reakci soli v zásaditém prostředí a vznikají hydroxidy a chromitany kovů

  22. Poděkování • Školiteli Doc. RNDr. Fr. Škvárovi, DrSc. • Dr. G. Schmidtovi, TU-Bergakademie ve Freibergu • Prof. T. Bierovi, TU-Bergakademie ve Freibergu • Ing. M. Novotné CSc., VŠCHT Tato dizertační práce byla řešena jako součást výzkumného záměru MSM 6046137302 „Příprava a výzkum funkčních materiálů a materiálových technologií s využitím mikro a nanoskopických metod“ a grantu GAČR č. 103/05/2314 „Mechanické a inženýrské vlastnosti geopolymerních materiálů na bázi alkalicky aktivo-vaných popílků“

More Related