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本文利用粉煤灰、矿粉替代地聚合物常用的偏高岭土,采用碱性激发复合新技术,提出了适用于固化铬和镍的粉煤灰基地聚合物配合比;测试了碱性激发剂溶液中地聚合物原材料单独和复合对重金属铬和/或镍离子的吸附性能;在此基础上,提出将矿粉以粉煤灰基地聚合物外加剂的形式掺入,以配制粉煤灰基地聚合物,并研究了其固化重金属铬和镍离子效果及机理;此外,对粉煤灰基地聚合物固化重金属铬的长期稳定性进行了探索性的研究.研究结果如下:原材料单独和多元复合吸附碱性激发剂中Ni2+和或Cr6+的效率及机理在碱性激发剂溶液中,偏高岭土、粉煤灰、矿粉等原材料单独吸附Ni2+的效率几乎可达到100%,对Cr6+的吸附却有很大差异:其中矿粉吸附Cr6+的效率最高,可达60%,偏高岭土对Cr6+的吸附效率最低,仅为10%。原材料的二元和三元复合体系中,矿粉吸附Cr6+的能力仍然占主导地位。
当Ni2+和Cr6+同时存在于碱性溶液中时,矿粉、粉煤灰吸附Ni2+的效率不受Cr6+存在的影响;而对Cr6+的吸附效率却随原材料的不同而变化,在有Ni2+和Cr6+共同存在的条件下,矿粉吸附Cr6+的能力可达100%,粉煤灰吸附Cr6+的效率达到了28%,吸附效率比吸附单独的cr6+提高了近10%,偏高岭土吸附Cr6+的效率并没有受Ni2+存在的影响.
傅立叶红外光谱分析结果表明,Cr3+或Cr6+的掺入并不影响粉煤灰基地聚合物的整体聚合趋势;但是,却使粉煤灰基地聚合物中Si-O-Si在不同时间下的波数发生了改变;结果证明Cr3+比Cr6+更容易融入到粉煤灰基地聚合物结构的形成之中.而Cr3+或Cr6+对Al-O-Si的波数不随铬离子价态的变化而有所差异,Cr3+或Cr6+的掺入并没有影响Al-O-Si的结构。
固化重金属用地聚合物的配制及固化机理研究了矿粉作为粉煤灰基地聚合物外加剂使用的可行性。矿粉的掺量为4%。抗压强度测试结果表明,与不掺矿粉的粉煤灰基地聚合物相比,4%矿粉掺入后粉煤灰基地聚合物在30℃下养护14天的抗压强度可提高18MPa以上,达到50MPa;微观分析结果表明,矿粉的掺入可以产生更多的无定形产物,增加凝胶产物的数量,并且能细化其孔隙,减少孔隙率,从而使得粉煤灰基地聚合物的强度得以提高。
粉煤灰基地聚合物固化人工合成Ni2+和Cr3+污泥的研究结果表明,掺入Cr3+污泥后,粉煤灰基地聚合物中Si和Al元素的浸出量较不掺污泥时减少了,且浸出硅元素减少的幅度比浸出铝元素降低的幅度要大;微观测试结果揭示Cr3+参与了粉煤灰基地聚合物中硅酸结构的聚合,粉煤灰地聚合物固封Cr3+不仅仅只是物理性的包裹作用,而且主要是化学反应的结果;Ni2+污泥掺入后也同样促进了硅酸的聚合作用.
粉煤灰基地聚合物固化重金属Cr6+长期稳定性通过长期浸泡和干湿交替循环试验研究表明,粉煤灰基地聚合物中Cr6+的浸出规律符合Boltsmann等式;粉煤灰基地聚合物配合比中原材料及其配合比的变化远没有外界环境的变化对地聚合物中Cr6+浸出影响显著.