粉煤灰基地质聚合物固化Pb2+及其高温稳定性研究

重金属离子的有效固化对于环境保护尤为重要.研究以固体废弃物粉煤灰为原料,在碱激发作用下制备地质聚合物固化重金属Pb2.探讨pb2+加入量对固化体强度、浸出毒性的影响,并通过浸出实验、XRD、SEM-EDS、FIIR、XPS等表征手段探究固化效果及Pb存在形式.结果 表明,粉煤灰基地质聚合物与pb2+的相容性较好,去离子水、混合酸溶液、醋酸缓冲溶液中浸出毒性实验显示地质聚合物对1％含量Pb2+固化率达99％以上,pb2浸出浓度低于国标规定(5.0 mg/L),固化体抗压强度33.5 MPa,固化效果优于32.5水泥,pb2主要以物理包胶作用被固定在地质聚合物中.200～ 800℃煅烧实验表明,地聚物Pb固化体具有一定的耐高温性能,高温下地质聚合物固化pb2+的能力和抗压强度均降低.研究可为重金属离子的固化治理提供参考.     

高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化砷钙渣

以高炉矿渣、粉煤灰为地聚合物胶凝材料原料,配合复合化学激发剂固化砷钙渣,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)探究固砷机理。研究结果表明,固化体优选质量配比为高炉矿渣粉∶粉煤灰∶砷钙渣=4∶2∶4,配合1.5%~2.0%的NaOH和工业水玻璃复合化学激发剂,固化体砷浸出浓度0.5~0.9mg/L,低于危险废物浸出毒性鉴别标准限值(5mg/L)。XRD、FTIR和SEM结果表明,砷钙渣经高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化,反应体系液相环境pH13,促使砷钙渣中的含砷矿物CaHAsO_4·3H_2O向更加稳定的Ca_5(AsO_4)_3OH及类质同象物Ca_5(AsO_4)_3(OH,F)转变。同时地聚合物胶凝材料水化产生的网络状水化凝胶可把砷钙渣中的各组分胶结在一起有效抑制固化体中砷的溶出。可见,高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料可作为固化含砷渣的一种潜在固结剂。     

粉煤灰用于土壤聚合物固化重金属离子的研究

为了使土壤聚合物固化重金属离子比较理想效果,同时减少成本,本实验在土壤聚合物中掺加30%的粉煤灰固化重金属离子,结果表明:掺加 30% 粉煤灰的土壤聚合物对不同重金属离子有各自的理想固化量;综合抗压强度和浸出毒性两个方面,Cu2+、Zn2+ 和 Pb2+ 的理想固化量分别为2.O%、1.3%和1.4%;固化体具有良好的后期稳定性和抗酸性,可以满足我国酸雨比较严重的南方地区建材应用要求.总之,掺加 30% 粉煤灰的土壤聚合物固化重金属离子具有良好的经济效益和环境效益.     

基于X-CT的非饱和水泥基材料水分传输与渗透系数计算

利用X射线计算机断层扫描(X-CT)联合Cs离子增强技术连续监测水分在非饱和水泥基材料中的动态传输过程,建立水分传输距离与时间的关系,获得水分传输的毛细吸水系数,在此基础上提出了计算水泥基材料渗透系数的理论模型。系统研究了水灰比、粉煤灰掺量、矿渣掺量和砂体积掺量对水泥基材料毛细吸水系数和渗透系数的影响,结果表明:当水灰比从0.35增大到0.55时,硬化水泥浆体的毛细吸水系数从2.07×10^-4 m/s^1/2增大到3.22×10^-4 m/s^1/2,而固有渗透系数增大1个数量级;粉煤灰的掺入能有效降低浆体的水分传输性能,且粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数),当矿渣掺量为30%(质量分数)时,硬化浆体的固有渗透系数比掺同等质量粉煤灰的高1个数量级;当砂体积掺量从0%增加到40%时,砂浆的毛细吸水系数和固有渗透系数均下降,当砂体积掺量大于42.4%时,砂浆的界面过渡区(ITZ)连通,砂浆的毛细吸水系数增大。     

新型磷酸镁水泥固化挥发型重金属锌的研究

利用新型磷酸镁水泥对挥发型重金属锌做固化研究。通过测定磷酸镁水泥的抗压强度、Zn ²⁺的浸出毒性、水化产物的组成,观察固化后水泥表面微观结构,分析了锌在磷酸镁水泥中的赋存状态及化学态,以此来探究新型磷酸镁水泥对重金属锌的固化效果及机理。结果表明：Zn ²⁺的掺量由0增至4%（质量分数,下同）时,56 d龄期的抗压强度降低了21.9%。当Zn ²⁺掺量为4%时,1 d龄期的浸出质量浓度达最大值6.6 mg/L。Zn ²⁺抑制磷酸镁水泥的水化过程,磷酸镁水泥对锌的固化作用包括物理包覆和化学结合。锌主要以Zn₂（PO₄）（OH）沉淀物质形态被固化在水泥中,Zn ²⁺经磷酸镁水泥固化后+2价态并未改变。     

钢渣微粉-粉煤灰基地质聚合物性能研究及微观结构分析

采用钢渣微粉和粉煤灰为主要原材料制备地质聚合物,以抗压强度为指标优化制备条件,探讨影响地质聚合物强度的因素,利用SEM、XRD和TG-DSC等手段对产物的微观形貌、物相组成和热稳定性进行分析表征。研究表明,地质聚合物的抗压强度随着钢渣微粉掺量和激发剂掺量增加先增加后减小,随温度增加而增加,其中养护温度影响最显著,水玻璃模数影响最小。最佳工艺条件为:水玻璃模数1.0、激发剂掺量20%(质量分数)、钢渣微粉掺量20%(质量分数)、液固比0.3、养护温度60 ℃。其3 d和7 d抗压强度高达40.11 MPa和43.03 MPa,固化Pb²⁺后对其强度影响较小,固化率在99.99%以上。地质聚合物表面致密度高,无明显裂纹,未观察到明显的钢渣颗粒轮廓,晶相结构主要为石英和莫来石,热稳定好。     

黄腐酸基Cd2+离子印迹聚合物的吸附性能测试

以改性黄腐酸为功能单体,反相悬浮聚合法制备了Cd²⁺离子印迹聚合物,并研究其吸附性能。动力学模型表明,黄腐酸基Cd²⁺离子印迹聚合物对Cd²⁺的吸附符合准二级动力学吸附模型,相关系数达到0.9977;热力学研究发现,黄腐酸基Cd²⁺离子印迹聚合物吸附重金属离子的形式为单分子层表面吸附,与Langmuir等温吸附模型相符;竞争吸附实验显示,竞争离子Pb²⁺、Cr³⁺存在时,Cd²⁺/Pb²⁺、Cd²⁺/Cr³⁺的相对选择性系数分别为4.32、13.47,说明MFA-IIP对模板离子拥有较强的选择识别性能,竞争离子化合价不同,选择识别性更加显著。     

粉煤灰基地质聚合物固化重金属Pb2+的研究

以循环流化床超细粉煤灰(CFA)为原材料,在碱激发条件下制备地质聚合物固化重金属Pb2+.研究了离子的加入对固化体强度的影响,并通过浸出实验、SEM-EDS、XRD、FT-IR等表征手段探究了固化效果和固化机理.Pb2+以Pb(NO3)2的形式加入,掺量分别为1.5wt%、2.0wt%、2.5wt%(均以Pb(NO3)2占CFA的质量百分含量表示).研究证明,CFA基地质聚合物和Pb2+具有良好的相容性,Pb2+的固化率达到了90%以上.     

IL/GO/PVP/PVDF改性膜处理重金属离子的研究

将离子液体（IL）1-乙基-3-甲基咪■六氟磷酸盐（[EMIM]PF₆）、氧化石墨烯（GO）、聚乙烯吡咯烷酮K30（PVP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、二甲基甲酰胺（DMF）共混制备IL/GO/PVP/PVDF改性超滤膜。以IL/GO复合添加剂为变量,测试了膜对Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺ 3种重金属离子的截留率和抗污染率,并探究了离子浓度和pH对膜截留性能的影响。结果表明,IL/GO的添加降低了超滤膜接触角,有效提高了膜表面的亲水性。当IL/GO复合添加剂质量分数为4%/0.6%时膜的综合性能最佳,对Cd²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺的截留率可达96.31%、97.72%、96.47%,受污染后通量恢复率为79.24%、85.70%、82.28%。     

牛血清白蛋白纳米球接枝杨梅单宁的制备以及吸附去除水体中Pb2+的性能

采用去溶剂法和杨梅单宁-戊二醛固化接枝制备得到杨梅单宁（BT）接枝牛血清白蛋白（BSA）纳米球（BSA-BT-NSs）吸附材料，并系统探讨了其在不同吸附条件下对水体中Pb²⁺的吸附去除性能。研究结果表明：50%用量杨梅单宁（基于BSA-NSs量）接枝固化得到的BSA-BT-NSs具有较好的球形结构和良好的分散性。在吸附实验中，Pb²⁺初始浓度为250mg/L、pH 5.0、温度为298K 条件下吸附20min，BSA-BT-NSs（0.4g/L）对Pb²⁺的吸附效果最佳，最大吸附容量为76mg/g，优于多数同类型吸附材料。BSA-BT-NSs对Pb²⁺吸附过程符合Langmuir方程和准二级吸附动力学模型，且吸附后的BSA-BT-NSs经0.1mol/L 硝酸进行解吸取得了92.04％的良好解吸效果，并可再次重复使用。进一步分析其Pb²⁺吸附机理，表明BSA-BT-NSs中的氨基氮原子、羟基和羧基氧原子作为电子供体参与了与Pb²⁺的空轨道发生配位作用。     

硝化腐植酸基离子印迹聚合物的制备及吸附性能研究

以腐植酸为原料、浓硝酸为氧化剂合成硝化腐植酸（NA）,再以硝化腐植酸为基质、N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为功能单体、Pb（NO₃）₂为模板、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂、过硫酸钾（K₂S₂O₈）与亚硫酸氢钠（NaHSO₃）为复合引发剂,经过沉淀聚合法制备铅离子印迹聚合物IIPs。利用SEM、FT-IR、TG-DSC表征所得产物,探究产物的结构与性能,并通过紫外-可见分光光度法（UV-Vis）研究了IIPs的吸附性能。结果表明,IIPs对Pb²⁺的最大吸附量为21.71 mg/g,该吸附过程符合二级动力学模型和Langmuir热力学模型;IIPs最佳循环次数为7次;在竞争离子Cu²⁺和Cd²⁺存在时,选择性系数分别为6.97(Pb²⁺/Cu²⁺)和7.36(Pb²⁺/Cd²⁺)。     

利用磷酸镁水泥固化富集型重金属铜和镍研究

利用磷酸镁水泥对富集型重金属铜和镍进行固化研究。对掺入硝酸铜和硝酸镍水泥的抗压强度、铜镍离子浸出质量浓度、水化产物组成等进行测定,观测水泥表面的微观形貌,分析铜镍离子在水泥中的化学态及赋存状态。研究表明：硝酸铜掺量为0~3%（质量分数）时,水泥的抗压强度随着铜离子掺量的增加呈现先增大后减小的趋势,当硝酸铜掺量为1%时,水泥7 d抗压强度达到最大值46.05 MPa;硝酸镍掺量为0~3%（质量分数）时,水泥的抗压强度随着镍离子掺量的增加而逐渐减小,当硝酸镍掺量由0增加到3%时,水泥7 d的抗压强度降低了约29%。水泥的密实度与铜镍离子的固化效果直接相关。在硝酸铜和硝酸镍掺量都为3%时,水泥1 d铜离子浸出质量浓度最高为1.95 mg/L、镍离子浸出质量浓度最高为0.97 mg/L,均远低于相关国家标准。铜主要以+2价态的Mg_0.95Cu_0.05O形式存在,镍主要以+2价态的Ni（OH）₂无定形沉淀形式存在。     

改性碱激发水泥固化处置模拟放射性焚烧灰

为提高固化体中放射性焚烧灰的包容量,简化操作工艺,选用偏高岭土、沸石及聚合物乳胶粉协同改性碱矿渣水泥,开展改性碱激发水泥(modified alkali-activated cement,MAAC)对模拟放射性焚烧灰的固化处置研究。结果表明:固化40%模拟焚烧灰的MAAC固化体满足GB14569.1-1993《低、中水平放射性废物固化体性能要求》的要求,其28d抗压强度达23.1MPa,Ce3+第42d浸出率为2.20×10-6cm/d,累计浸出分数仅为1.45×10-3cm,同时高温热稳定性和抗冻融性能均良好;采用MAAC固化40%放射性焚烧灰(比活度106～107Bq/kg),239Pu的第42d浸出率5.00×10-7cm/d,累计浸出分数3.40×10-4cm。     

赤泥对水泥固化体性能的影响

研究了赤泥对碱矿渣水泥固化体(AASS)以及硅酸盐水泥固化体(PCS)在力学性能、Cs+浸出性能、抗冻融性能、抗冲击性能以及干燥收缩性能方面的影响.试验结果表明:赤泥对碱矿渣水泥的流动性影响不大,而赤泥严重影响PCS的流动性,掺入30％时流动度降低51.9％.10％赤泥掺量有利于PCS和AASS的力学性能,继续提高掺量则不利于固化体的力学性能.当赤泥掺量低于30％时可降低AASS中Cs+的浸出性,PCS的浸出性随赤泥掺量的增加而提高.AASS的抗冻融性能及抗冲击性能均满足相关标准要求.赤泥提高了AASS的干燥收缩率.将赤泥用于碱矿渣水泥固化体具有可行性.     

粘质沙雷氏菌HB-4吸附重金属镉的机制

从重金属污染土壤中筛选出1株对Cd²⁺具有高耐受能力和高吸附容量的菌株HB-4,经16S rDNA序列分析鉴定为粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）。该菌株能在Cd²⁺浓度为300 mg·L^-1的条件下正常生长;对Cd²⁺的最大吸附量为（154.7±0.9（ mg·g^-1。考察了Cd²⁺初始浓度、pH、盐浓度以及共存离子对HB-4吸附Cd²⁺的影响,结果表明：pH=3.0~8.0时,对吸附效果无影响;NaCl含量为8.0%时,菌株对Cd²⁺的去除率仍可达到49.9%±0.1%;Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺与Cd²⁺共存时,几种重金属离子的去除率分别为98.7%±0.2%（Pb²⁺）、44.6%±0.6%（Zn²⁺）、52.7%±0.1%（Cu²⁺）和64.2%±0.3%（Cd²⁺）。解吸实验证明了HB-4对Cd²⁺极强的吸附能力,洗脱液pH=7.0时,解吸率小于2%。检测了细胞内外镉的分布情况,并利用SEM、XPS和FTIR对吸附机理进行了研究,推断HB-4对Cd²⁺的吸附机理为胞外吸附和胞内摄取。     

水泥浆粉去除废水中铅离子效果及行为研究

水泥浆粉含有可吸附重金属离子的成分,可作为吸附剂来处理重金属离子废水。本文利用硅酸盐水泥制备了不同水化龄期的水泥浆粉来处理含Pb²⁺废水,通过X射线衍射仪、同步热分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等测试方法,研究了水泥浆粉龄期、浆粉用量、Pb²⁺浓度、pH值、温度、时间对Pb²⁺去除效果及吸附行为的影响。结果表明,水泥浆粉对废水中的Pb²⁺去除率普遍大于80%。在35 ℃、pH=2、吸附时间200 min时,0.04 g水灰比为0.50、水化龄期为60 d的水泥浆粉对初始浓度为700 mg/L的Pb²⁺溶液的Pb²⁺去除率为96.06%,吸附容量为336.22 mg/g。水泥浆粉对Pb²⁺的吸附热力学符合Freundlich吸附等温模型,吸附动力学符合拟一级动力学模型。     

高炉矿渣细粉对Cr(Ⅵ)的还原能力及测试方法

研究了Blaine比表面积分别为426m^2／kg和836m^2／kg的2种高炉矿渣细粉S4和S8对铬(Ⅵ)离子的还原固化作用。结果表明：在含铬(Ⅵ)水溶液和粉煤灰硬化体中掺加高炉矿渣细粉后,可以降低水溶液中铬(Ⅵ)离子的含量和抑制粉煤灰硬化体中铬(Ⅵ)离子的溶出;高炉矿渣细粉的比表面积越大,对铬(Ⅵ)离子的还原能力越强。采用硫酸高铈-硫酸亚铁溶液氧化还原滴定法可以快速评定高炉矿渣细粉的还原能力,其结果与实际溶出试验结果有很好的对应性。     

基于响应面法的碱激发地聚物固化淤泥质土试验研究

为实现滩涂淤泥质土和工业废料资源化利用,定量优化地聚物固化淤泥质土的关键因素,基于Box-Behnken响应面法对碱激发矿渣-粉煤灰基地聚物固化淤泥质土的配合比进行优化,选取矿渣掺量、碱激发剂模数和碱激发剂掺量为主要考察因素,并结合宏观性能和微观形貌进行固化机理分析。结果表明：固化土最优配合比为矿渣掺量86.5%(质量分数),碱激发剂模数0.84,碱激发剂掺量7.3%(质量分数),此时固化土7和28 d无侧限抗压强度分别为5 823和7 027 kPa,预测值与实际值误差较小,所建立的模型与实际数据拟合准确可靠;固化土的水化产物主要为无定形凝胶水化硅铝酸钙(C-(A)-S-H)和硅铝酸盐聚合物(N-A-S-H),可增强土体的密实程度和骨架结构,以此提高固化土的强度。本研究为碱激发地聚物固化淤泥质土提供了理论依据和实验基础。     

建筑垃圾陶瓷颗粒的制备及吸附Pb2+的研究

以建筑垃圾、粉煤灰和炉渣为原料制备陶瓷颗粒，可用作去除水溶液中Pb²⁺的吸附剂。采用正交实验方法，选择粉煤灰质量分率、炉渣质量分率、烧结温度和烧结时间为实验因素，考察了制备工艺对陶瓷颗粒去除Pb²⁺效率的影响。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)对陶瓷颗粒进行了表征。在1100℃下烧结60 min后，陶瓷粒径从10～20μm增长到了20μm以上，主要成分由石英、莫来石、钙长石和赤铁矿组成，铁元素对于颗粒中孔洞的形成至关重要，其中含有的-OH和-C=O官能团有利于提高Pb²⁺的吸附能力。对正交实验结果进行极差和方差分析，发现上述4个因素对Pb²⁺去除率的影响程度顺序为：烧结温度>烧结时间>粉煤灰质量分率>炉渣质量分率，烧结温度的影响最显著。当陶瓷颗粒中建筑垃圾/粉煤灰/炉渣质量分率为80/10/10、烧结温度为1100℃、烧结时间为90min时，陶瓷颗粒对Pb²⁺的去除率最高，达到96.31%。     

壳聚糖及其衍生物对土壤重金属的稳定化效应

随着工业的发展,特别是采矿冶炼等行业的发展,使含重金属的废弃物进入土壤,造成土壤重金属污染,对环境和人体健康产生极大威胁。本文以湖南怀化某铅锌矿渣堆放地周围污染土壤为研究目标,通过壳聚糖及其衍生物对污染土壤中重金属离子的稳定化实验,筛选出对目标重金属（Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺）具有最佳稳定效果的稳定剂,探究了稳定剂对土壤中重金属离子的稳定机理,并在模拟酸雨淋溶条件下研究了最佳稳定剂对重金属离子的长期稳定化效果。稳定化实验结果表明,壳聚糖及其衍生物对土壤重金属离子均有稳定化作用,其中羧甲基壳聚糖的稳定效果最好,其使污染土壤中重金属离子的可迁移性及生物有效性明显降低。通过重金属形态分析、扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）分析得出稳定剂与土壤中重金属离子发生反应生成络合物,并通过机理分析进一步验证了羧甲基壳聚糖的稳定效果最好;淋溶实验表明,羧甲基壳聚糖对土壤中重金属离子具有长期稳定性,经其稳定后土壤中重金属离子以更稳定不易迁移的形态存在,且使土壤环境得到改善,增强了土壤本身对重金属离子的稳定。羧甲基壳聚糖有望成为修复重金属（Cd²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺）污染土壤的优良稳定剂。