固废基地聚合物铝硅相溶出聚合及自固封重金属机制研究

高钙粉煤灰、垃圾焚烧飞灰等废弃物的处置利用是当前环境治理和节能减排的重点。本研究基于以废治废的指导思想，利用高钙粉煤灰协同处置重金属废弃物，拟发挥地聚合物的无机聚合结构在固化重金属方面的优势和固体废弃物的胶凝活性组分对地聚合物的激发作用，研制固废基复合地聚合物并协同处置重金属废弃物；深入研究固废基复合地聚合物先驱物的铝硅相溶出聚合过程及其机制，搞清钙在硅铝地聚合反应中的作用；弄清重金属离子在固化体内部和固液界面上的受阻、扩散、渗透途径及方式，阐明固废基复合地聚合物自固封键合重金属的机制；研制专用的吸附剂和螯合剂并通过纳米技术改性，从机理上探求将协同处置垃圾焚烧飞灰等重金属废弃物的固废基复合地聚合物作为建筑材料资源化再利用，并进行应用探索试验，确保其服役条件下的安全性和环境和谐性，为最终实现利用高钙粉煤灰、垃圾焚烧飞灰等固体废弃物生产建筑材料并自固封重金属奠定理论和实践基础。

地聚合物是一种新型环保的无机碱激发胶凝材料，它的原材料来源广泛，能耗小，CO2排放量低，具有优异的物理、力学性能和耐久性，能有效的固化重金属离子且浸出毒性小，对地聚合物的研究不仅可以丰富无机胶凝材料的理论，而且研究结果具有重要应用价值。课题组在调查分析的基础上，选取了高钙粉煤灰（CFA）、垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)、建筑废弃砖粉等为原材料，以水玻璃和氢氧化钠为复合激发剂，对高钙粉煤灰基地聚合物的制备工艺和反应机制开展了大量的研究工作，确定了制备固废基地聚合物的主要影响因素和重要技术参数。采用多种先进的测试技术和手段从不同角度、不同层面深入开展了固废基地聚合物的溶出聚合反应机理和各组分的影响机制研究；系统开展了固废基复合地聚合物固化重金属的研究；探索了复合地聚合物在固化重金属前后的性能变化及环境安全性。根据物理、化学基本原理阐释了固废基复合地聚合物与硅酸盐水泥固化重金属的主要异同点，深入分析了固废基复合地聚合物协同处置重金属废弃物的作用机制。系统研究了固废基地聚合物的耐久性及长期安全性，综合表明地聚合物有良好的体积收缩性能、抗化学侵蚀性能和耐高温性能。