hrvatski

Sinteza i karakterizacija geopolimera temeljenih na letećem pepelu

Istražena je sinteza geopolimera temeljenih na alkalnoj aktivaciji lebdećeg pepela iz domaće termoelektrane ložene ugljenom (TE Plomin 2, Plomin) u cilju razvoja novih, ekološki prihvatljivih, kvalitetnih i ekonomski povoljnijih anorganskih mineralnih veziva, kao alternative portlandskom cementu, odnosno kao adsorbensa u procesima završne obrade otpadnih voda opterećenih ionima teških metala (bakra). Uzorcima geopolimera (serije A, B, T1 i T2), sintetiziranih aktivacijom lebdećeg pepela s alkalno-silikatnom otopinom (Na2SiO3, molarni omjer SiO2/Na2O, Ms = 1, 2-1, 4) istraživana su strukturna, mehanička i sorpcijska (ravnoteža i kinetika sorpcije bakra u šaržnom reaktoru) svojstva. Pripremljeni uzorci geopolimera su imali promjenjiv sastav obzirom na zamjenske dodatke lebdećem pepelu i na omjer aktivacijska otopina/suha tvar. Kao zamjenski dodaci lebdećem pepelu korišteni su mulit, amorfni SiO2 (mikrosilica), Al(OH)3, Al2(SO4)3, NaAlO, Al2O3, Ca(OH)2, i Na3PO4·12H2O. Za pripremu geopolimernih mortova kao agregat je korišten kalcijev karbonat (CaCO3). Metodama Ramanove spektroskopije (RS), rendgenske difrakcije (XRD), pretražne elektronske mikroskopije s energijsko-disperzijskom spektroskopijom (SEM-EDS) te Fourierove transformirane infracrvene spektroskopije (FTIR) praćen je razvoj vezivne faze i izvršena je karakterizacija reakcijskih produkata. Uočeno je da staklasta faza iz lebdećeg pepela reagira s otopinom aktivatora, a glavni produkt reakcije geopolimerizacije je amorfni alkalijski alumosilikat. Njegovo nastajanje potvrđuju apsorpcijske vrpce na FTIR spektrima uzoraka karakteristične za asimetrično istezanje veze T-O (T = Si ili Al) uočene na nižim valnim brojevima (1010-1020 cm-1) u odnosu na one prisutne u izvornom uzorku lebdećeg pepela (1074 cm-1). Strukturna analiza nastalih faza u uzorcima geopolimera provedena je primjenom Ramanove spektroskopije. Radi određivanja stupnja polimerizacije i prisutnih tipova SiO2 tetraedara u sintetiziranim uzorcima geopolimera, rezultati analize ispitivanih uzoraka su uspoređeni s odgovarajućim analizama srodnih kristaličnih i amorfnih silikatnih materijala. Dobiveni rezultati ukazuju na staklu slično ponašanje sintetiziranih geopolimera i otvaraju novu perspektivu u istraživanjima mehanizma geopolimerizacije. Rezultati također upućuju na postojanje reakcija polimerizacije bez prisustva aluminija. Na temelju dobivenih rezultata Ramanovog spektra razvijen je i predložen koncept i izračun Indeksa Depolimerizacije Geopolimera (GDI), kao približna mjera sadržaja depolariziranih SiO4 tetraedara u geopolimerima na bazi lebdećeg pepela. Iako je nuklearna magnetska rezonancija (NMR) u čvrstom stanju široko prihvaćena metoda za određivanje tipova polimerizacije SiO4 tetraedara prisutnih u geopolimerima, dobiveni rezultati potvrđuju i predlažu Ramanovu spektroskopiju kao jednako korisnu metodu. Uzorci geopolimera, sintetizirani pri 70º/24 h, su korišteni za ispitivanje tlačne čvrstoće te ravnoteže i kinetike sorpcije bakra u šaržnom reaktoru. Za određivanje utjecaja omjera sastojaka na tlačnu čvrstoću i sorpcijske karakteristike sintetiziranih geopolimera primijenjen je Taguchijev pristup u planiranju eksperimenta. Rezultati pokazuju gotovo linearan utjecaj dodatka Ca(OH)2 geopolimerizacijskom sustavu na tlačnu čvrstoću uzoraka, a negativan utjecaj dodatka Al2(SO4)3 na tlačnu čvrstoću i na sorpcijske karakteristike uzoraka. Freundlichova izoterma pokazuje najbolje slaganje s ekspermentalnim podacima za ispitivani uzorak geopolimera pripremljen uz dodatak kalcitnog agregata, ali ta izoterma ne daje mogućnost određivanja ravnotežnog kapaciteta. Sipsova i Langmuirova izoterma pokazuju najbolje slaganje s dobivenim eksperimentalnim rezultatima za geopolimer pripremljen bez dodatka agregata. Kinetički model sorpcije bakra na uzorcima geopolimera koji najbolje opisuje eksperimentalno dobivene podatke je jednadžba pseudo-drugog reda za male koncentracije sorbata te Elovichev model za više koncentracije sorbata.

geopolimer ; sinteza ; strukturana analiza faza ; RS ; XRD ; SEM-EDS ; FTIR ; indeks depolimerizacije geopolimera ; Taguchijeva metoda ; tlačna čvrstoća ; sorpcija ; izoterme ; kinetika sorpcije

nije evidentirano