地質(zhì)聚合物通常是由富含鋁硅酸鹽的前驅(qū)材料與堿性溶液反應合成，合成過程一般包括在腐蝕性環(huán)境中從富含鋁硅酸鹽的前驅(qū)材料中溶解出硅和鋁，然后將硅和鋁離子凝膠化形成單體，繼而縮聚形成三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的地質(zhì)聚合物。與混凝土材料相比較，地質(zhì)聚合物表現(xiàn)出更高的強度、耐久性和耐高溫性能，具有替代水泥作為可持續(xù)土工材料的潛力。污泥焚燒灰是高溫焚燒市政污泥而產(chǎn)生的殘渣，其資源化利用決定了污泥焚燒技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

　　污泥焚燒灰中含有大量的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈣，是一種潛在的地質(zhì)聚合物前驅(qū)體。中國科學院武漢巖土力學研究所科研人員將污泥焚燒灰和偏高嶺土混合，采用NaOH和Na2SiO3作為激發(fā)劑，通過干拌法制備了地質(zhì)聚合物（圖1）。該方法避免了污泥焚燒灰強吸水性對地質(zhì)聚合物性能的劣化效應，既節(jié)約了自然資源，又減少了固廢對環(huán)境的污染。

圖1 污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物固化劑的合成和優(yōu)化

　　該成果揭示了Na2O/SiO2摩爾比為0.30和SiO2/Al2O3摩爾比在3.00~3.60范圍內(nèi)，地質(zhì)聚合物的抗壓強度最高；同時，樣品在40 ？C保存7天再在室溫保存有助于進一步提升地質(zhì)聚合物的抗壓強度;該地質(zhì)聚合物的主要反應產(chǎn)物為鈉鋁硅酸鹽凝膠（圖2）;另外，浸出毒性實驗表明，污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物浸出液中重金屬濃度沒有超過規(guī)定的限值，不具有環(huán)境風險。該項研究將污泥焚燒灰轉(zhuǎn)化為綠色建筑產(chǎn)品的同時，能夠有效地固化/穩(wěn)定化污泥焚燒灰中的污染物，具有廣泛的應用價值。

圖2污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物固化劑的抗壓強度及微觀結(jié)構(gòu)

　　相關研究工作得到國家自然科學基金國際合作與交流項目（5186116515104）的資金支持，成果論文發(fā)表于該領域重要期刊Applied Clay Science。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106271

(文/圖 環(huán)境土力學與工程組）