Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech Martina Minaříková Martina Minaříková František Škvára VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE FAKULTA.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech Martina Minaříková Martina Minaříková František Škvára VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE FAKULTA."— Transkript prezentace:

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

2 Geopolymerace n(Si 2 O 5,Al 2 O 2 ) + 2nSiO 2 + 4nH 2 O + 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-) + 4nH 2 O (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 Příprava vzorků  Příprava alkalického aktivátoru Obsah Na 2 O (nebo K 2 O) [%] Silikátový modul M S Vodní součinitel w w popílek = 0.30 a w cement = 0.29 (podobné reologické vlastnosti) 2cm

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

7 Použité metody  pevnost v tlaku (po 2, 7, 14, 28, 90, 180, 360 a 520-ti dnech od přípravy)  RTG difrakce  Vysokotlaká rtuťová porozimetrie  Infračervená spektroskopie  NMR v pevné fázi ( 29 Si a 27 Al)  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.% CaSO 4 ·2H 2 O  5 hodin  doba tuhnutí cementových kaší  1 hmot.% Pb 2 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 Obr. 3 : Pevnot v tlaku PC s Cu (CuSO 4 5 H 2 O) Obr. 4 : Pevnost v tlaku PC s Cd (CdCO 3 ) Pevnost v tlaku

11 Pórovitost ρ obj. - hustota vzorku bez pórů (He pyknometrie) ρ zd.. - hustota materiálu s uzavřenými póry (Hg porozimetrie)

12

13 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 hmot.% Zn (ZnO) - Na aktivace 33- AA popílek + sádrovec hmot.% Zn (ZnO) - K aktivace 37- AA popílek hmot.% Zn (ZnSO 4 · 7 H 2 O) 41- AA popílek hmot.% Cu (CuSO 4 · 5 H 2 O) 49- AA popílek hmot.% Cd (CdCO 3 )

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

15 NMR v pevné fázi 29 Si MAS NMR spektra + 1 hmot.% Zn (ZnO) + 1 hmot.% Cu (CuSO 4 · 5H 2 O) + 1 hmot.% Pb (PbO)

16 27 Al MAS NMR spektra AA popílek Opatovice AA popílek Opatovice AA popílek Opatovice + 1 hmot.% Pb popílek Opatovice popílek Opatovice AA popílek Opatovice + 1 hmot.% Cr AA popílek Opatovice + 1 hmot.% Cr

17 Obr. 9: Lomová plocha geopolymeru s 0.5 hmot.% Zn (ZnO) Obr. 8: Lomová plocha geopolymeru Obr. 10: Lomová plocha geop. s 0.5 hmot.% Cu (CuSO 4  5 H 2 O) SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = 5.30 SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = 5.81 SiO 2 = Al 2 O 3 = ZnO = 0.46 Na 2 O = 2.42 SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = 2.91 ZnO = 0.76 SiO 2 = 8.86 Al 2 O 3 = 3.28 ZnO = 0.58 Na 2 O = 0.48 SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = CuO = 3.07 SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = CuO = 1.41 SiO 2 = Al 2 O 3 = Na 2 O = CuO = 0.94

18 Stanovení vyluhovatelnosti  stanovení podle přílohy č.4 MŽP č.383/2001Sb.  válcové vzorky 5x8 cm  stáří vzorků 90 dnů, použita frakce 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 <0.5 < <0.04 <0.005 <0.04 < Cement ~ AA popílek < <0.05 <0.04 < popílek <0.25 < <0.05 <0.04 <0.015 <0.003 Deion. voda VAsNaPbCdCrCuZn

19 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 (ZnSO 4 · 7 H 2 O) E - PC s Zn (ZnO) F - PC s Zn (ZnSO 4 · 7 H 2 O)

20 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

21 Závěr  přídavek těžkých kovů do AA popílků neovlivňujevýrazně 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

22 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

23 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 „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“


Stáhnout ppt "Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech Martina Minaříková Martina Minaříková František Škvára VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE FAKULTA."

Podobné prezentace


Reklamy Google