土聚物合成过程中重金属反应途径研究- - 基于部分电荷模型理论分析

土聚反应在重金属污染物稳定化技术领域的应用方兴未艾，稳定化机理的前期研究集中于：重金属在土聚反应终产物中的形态研究以及稳定化效果研究，缺乏对土聚物合成过程中重金属反应途径的深入研究。本研究基于部分电荷理论模型的原理，建立土聚物合成过程中重金属反应途径的理论分析方法，采用X射线光电子能谱法和固体核磁共振法等分析方法，定量关联实验测试值与理论计算结果，评价模型边界设定与分析方法的科学性；针对土聚反应过程重金属可能涉及的化学反应，包括配合反应、水解反应以及亲核/亲电反应等，开展理论分析，揭示土聚反应稳定化重金属的机理；从理论分析和实验验证两个层面，考察技术工艺参数（原料性质：Si/Al比和Al配位数；碱激活剂配比：种类合摩尔数；制样工艺：液固比、养护温度和时间）对重金属稳定化的影响，为稳定化工艺的选择提供理论支持。本课题的实施将全面推进土聚反应稳定化重金属技术的进展。

土聚反应在重金属污染物稳定化技术领域的应用方兴未艾，稳定化机理的前期研究集中于：重金属在土聚反应终产物中的形态研究以及稳定化效果研究，缺乏对土聚物合成过程中重金属反应途径的深入研究。.采用部分电荷模型对土聚反应过程中重金属的稳定化途径进行理论分析，研究表明，土聚反应过程中重金属水解产物带负电或中性，与带负电土聚物间存在静电排斥，吸附机理对土聚反应稳定化重金属的贡献极小。重金属可掺杂进入土聚物骨架，途径为：重金属水解产物中的-OH作为亲核基团，亲核攻击Si或Al水解产物的核心原子，脱除水分子形成氧连结构。本研究采用可得性浸出实验NVN7341、XPS和MAS-NMR分析方法证明了部分电荷模型的合理性。.部分电荷模型理论分析为稳定化工艺选择提供了理论支持，研究表明，为促进重金属通过缩聚反应进入土聚物骨架，碱溶液的pH值应控制于适宜范围，过高或过低都将表现出负面影响。研究还表明，铝水解产物中Al具有更强的亲电特性，更易于发起与重金属水解产物中羟基集团的亲电反应，促进重金属掺杂进入土聚物骨架中。.考察了碱激活剂和配比对固化体的影响，研究显示碱激活剂用量存在适宜范围，相比硅酸盐，铝酸盐对固化体的强度表现出明显的促进作用，并可以增强固化体中重金属的稳定性。采用一级反应-伪体扩散模型模拟元素浸出行为，曲线模拟相关系数较高。综合考虑固化体强度以及重金属浸出浓度，优选固化/稳定化工艺为：Na/FA = 2.4 mol/kg和NaAlO2/FA = 0.16 mol/kg，固化体的28 d强度可达到18 MPa。