人造矿物聚合物的制备及其应用研究

论文摘要

人造矿物聚合物（Geopolymer）,是一种国外八十年代晚期才开发研制,近年来国际上研究非常活跃的,极具潜力的人造新型材料。它是通过铝硅酸盐固体组分的溶解络合、分散迁移、浓缩聚合和脱水硬化而形成的,由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相,其化学组成与沸石相近,物理形态上呈三维网络结构,因此其具有有机聚合物、陶瓷、水泥的优良性能,表现为早期强度高、低收缩率、抗冻融、耐硫酸盐侵蚀和耐腐蚀性等。人造矿物聚合物可以广泛应用于汽车及航空工业、非铁铸造及冶金、土木工程、环境工程、塑料工业等领域。本文以偏高岭土、工业废渣为原料在碱性激活剂作用下,采用适当工艺处理,在较低温度下（50-100℃）,通过化学聚合反应制备出了高性能的人造矿物聚合物,并将该新材料用于固化重金属离子Pb2+、Cr6+。本文分别进行了原材料的筛选与确定、制备工艺流程的确定以及研究了氧化物摩尔比、养护温度、碱性激活剂的种类等诸因素对人造矿物聚合物抗压强度的影响;人造矿物聚合物在酸性、碱性、中性浸出介质中固化重金属Pb2+以及在中性浸出介质中固化重金属Cr6+的效果研究。试验研究表明:当最佳氧化物摩尔比为n（Na2O）/n（SiO2）= 0.30,n（SiO2）/n（Al2O3）=3.7,n（H2O）/n（Na2O）=17时,所制备的人造矿物聚合物1d抗压强度可达47.19MPa,28d抗压强度可达53.81MPa,相应的人造矿物聚合物进行微观结构分析,可知其物相主要为多晶、多相聚集体;采用该最佳氧化物摩尔比条件下制备的人造矿物聚合物固化重金属Pb2+时,Pb2+加入量≤1%,无论固化体在酸性、中性及碱性环境下固化率均>99%。通过微观结构分析,可以了解人造矿物聚合物固化重金属Pb2+不仅通过物理固封,而且还通过化学键联作用。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 本课题的研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 人造矿物聚合物
• 2.1.1 人造矿物聚合物的研究历史
• 2.1.2 人造矿物聚合物的国内外研究现状
• 2.1.3 人造矿物聚合物的聚合反应机理
• 2.1.4 人造矿物聚合物的结构
• 2.1.5 人造矿物聚合物的理化性能
• 2.1.6 人造矿物聚合物的应用领域
• 2.2 固化/稳定化技术
• 2.2.1 水泥固化技术
• 2.2.2 石灰固化
• 2.2.3 塑性材料包容技术
• 2.2.3.1 热固性塑料包容
• 2.2.3.2 热塑性材料包容技术
• 2.2.4 熔融固化技术
• 2.2.5 自胶结固化技术
• 2.2.6 大型包胶技术
• 2.3 利用人造矿物聚合物固化金属离子的应用实例
• 第三章 人造矿物聚合物的制备研究
• 3.1 试验原料的选择
• 3.1.1 铝硅酸盐氧化物
• 3.1.2 碱性激活剂
• 3.1.3 填充料
• 3.2 试验原料的概况
• 3.2.1 偏高岭土
• 3.2.2 粉煤灰
• 3.2.3 激活剂
• 3.2.3.1 液体硅酸钠
• 3.2.3.2 液体硅酸钾
• 3.2.4 其他原料
• 3.3 试验的主要设备
• 3.4 评价人造矿物聚合物的力学性能
• 3.5 制备工艺和过程
• 3.6 制备研究内容
• 3.6.1 最佳配方的确定
• 3.6.1.1 正交试验直观分析
• 3.6.1.2 正交试验方差分析
• 3.6.1.3 正交试验结果验证
• 3.6.2 人造矿物聚合物抗压强度的影响因素
• 2O）/n（Na₂O）对人造矿物聚合物抗压强度的影响'>3.6.2.1 n（H₂O）/n（Na₂O）对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 2O）/n（SiO₂）对人造矿物聚合物抗压强度的影响'>3.6.2.2 n（Na₂O）/n（SiO₂）对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 2）/n（Al₂O₃）对人造矿物聚合物抗压强度的影响'>3.6.2.3 n（SiO₂）/n（Al₂O₃）对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 3.6.2.4 养护温度对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 3.6.2.5 碱性激活剂种类对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 3.6.2.6 粉煤灰部分代替偏高岭土对人造矿物聚合物抗压强度的影响
• 3.7 微观结构分析
• 3.7.1 SEM扫描电镜分析
• 3.7.2 X-射线粉末衍射分析
• 3.7.3 红外分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 人造矿物聚合物固化重金属离子的研究
• 4.1 人造矿物聚合物固化重金属离子的基本原理
• 4.2 试验原料
• 4.3 制备工艺和过程
• 4.4 评价人造矿物聚合物固化体力学性能与浸出性能
• 4.5 人造矿物聚合物固化重金属Pb2+的研究
• 2+的加入量对固化体抗压强度的影响'>4.5.1 Pb²⁺的加入量对固化体抗压强度的影响
• 2+加入量的确定'>4.5.2 Pb²⁺加入量的确定
• 4.5.3 不同pH值介质对固化体中Pb2+浸出浓度及固化率的影响
• 4.5.4 不同氧化物摩尔比对固化体性能的影响
• 2O）/n（Na₂O）对固化体性能的影响'>4.5.4.1 n（H₂O）/n（Na₂O）对固化体性能的影响
• 2O）/n（SiO₂）对固化体性能的影响'>4.5.4.2 n（Na₂O）/n（SiO₂）对固化体性能的影响
• 2）/n（Al₂O₃）对固化体性能的影响'>4.5.4.3 n（SiO₂）/n（Al₂O₃）对固化体性能的影响
• 6+的研究'>4.6 人造矿物聚合物固化重金属Cr⁶⁺的研究
• 4.7 微观结构分析
• 2+的SEM扫描电镜分析'>4.7.1 人造矿物聚合物固化Pb²⁺的SEM扫描电镜分析
• 2+的IR分析'>4.7.2 人造矿物聚合物固化Pb²⁺的IR分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历