回顾纸浆废物的回收方案

1介绍

纸浆和纸张生产(造纸)是世界上最大的工业活动之一(亚太区全球2017),全球第五大能源消费国,仅次于行业,如化工、钢铁和石油和天然气精炼(2019年环境影响评价)。对造纸产品的需求增加,在2020年,它的市场规模是3550亿€(评估2021年美国联邦调查局),预计年增长率从2022年到2026年的4.08% (Cision 2022)。新市场和应用造纸产品,如纸板、纸、纺织应用程序或纸浆为个人护理产品(Cherian Siddiqua, 2019造成了这种增长。此外,需要更换塑料(从不可再生资源)和纸在包装应用程序还负责能预期的增长。

欧洲造纸行业联合会的成员(CEPI)达到了总消费的主要能源,在2019年,130万TJ,包括使用生物质和过程残留(62%)、天然气(32%)、煤(3%)、燃料油(1%)和其他燃料来源。电能通过结合(现场)和电厂热占总用电量的96% (CEPI 2021),由于这个原因,这些行业被认为是能源密集型制造商(2019年环境影响评价)。根据CEPI, 495年纸浆,纸张和纸板生产企业在欧洲18个国家生产了3620万吨纸浆和纸张和纸板在2020年(8520万吨CEPI 2021)。CEPI成员占欧盟的92%造纸行业和代表世界纸浆生产总量的21%。葡萄牙是欧洲第三大纸浆生产国,瑞典和芬兰的背后,是造纸生产最重要的工业活动之一。木材纸浆制造业消费,72%是软木(如松树和云杉)和28%是硬木,如桦木、桉树、山毛榉、灰、山杨、枫木、金合欢、橡木等(CEPI 2021)。

2纸浆生产过程

纸浆来自木材是主要的原材料在生产不同类型的纸。此外,果肉也被用作一种吸水材料在尿布和其他卫生产品(卡布瑞拉,2017)。考虑使用新的木质材料,代表了很大一部分的纸浆生产过程可分为三个主要步骤:制备原料,纤维和漂白过程的分离。化学物质的恢复也是一个重要的一步,尽管不是直接在纸浆生产过程,有助于其成功和可持续性。卡夫的过程是最常用的由全球造纸工业制浆过程(桑托斯et al ., 2013)主要是因为纸浆生产优越的强度,较高的抗衰老和漂白过程简化。

2.1准备原材料和纤维的分离

在制浆过程中,原材料(软木,硬木和non-woody生物量中)准备,转换成合适的大小和形状进行以下处理。日志是剥去皮,用水洗净,因为树皮化学制浆过程中的污染物。清洁日志是切成相同的小芯片,这样的效率最大化的过程。通常,非常小的或大的芯片分离和用于能量回收(生物质燃烧)为进一步治疗或再加工(克雷默et al ., 2009)。

pulp-producing过程中,木质素树脂结合木材纤维紧密,必须消除,只有纤维(纤维素)必须提取。因此,治疗过程旨在分离生物质组件,即纤维素(40 - 50 wt. %)、半纤维素(25 - 30 wt. %)和木质素(25 - 30 wt. %),到各个组件(纳et al ., 2010)。分离后,纤维悬浮在浆,用于造纸过程。治疗过程是由分离或增溶的木质纤维素的组件。制浆过程可分为机械、半化学和化学,根据所使用的方法和工具(Kumar et al ., 2020)。化学制浆是最常见的制浆过程在世界范围内,可能由于木质素的去除效率高(高田et al ., 2020)。事实上,在这条路线,大多数木质素和半纤维素的内容删除,导致低纸浆产量(40-55 wt. %),与高度的纤维素纤维(迈耶和爱德华兹,2014)。在这个过程中,木质素分离消化池的剩余材料在压力下和使用烹饪化学物质。“烹饪”的原材料,如木屑、水化学溶液称为“白液”,在高温和压力,提取纸浆纤维。三个主要的化学制浆过程是苏打水制浆(碱性),亚硫酸盐制浆(酸)和卡夫或硫酸盐制浆(碱性)。

2.2卡夫制浆过程

卡夫制浆过程的流程图集成到一个造纸工厂提出了图1。过程包括化学恢复步骤,包括能源生产从化学物质和生物质燃烧和漂白纸浆制造之间的连接过程和纸制造。此外,主要的废水和固体废物生成的过程中突出显示图1。

卡夫的过程被开发以去除木质素同时保护碳水化合物的主要目标。执行“烹饪”的木头的白液,一个碱性氢氧化钠和硫化钠的混合物,以促进木质素溶解。这些化学物质的使用是有利的最后的纤维强度,但它会导致纸浆产量相对较低,造成的不稳定和退化的碳水化合物在碱性反应(桑托斯et al ., 2013)。木屑的烹饪执行在高温(150 - 170°C)和压力。木质素结构修改及解聚的行动强碱性溶液和硫离子的存在。在消化过程中,90 - 95年wt. %的木质素是制浆废液中可溶性。各种各样的木材品种可以由卡夫制浆过程和处理过程的具体条件取决于所使用的木材的类型(软木或硬木)(Gellerstedt 2015)。烹饪后2 - 4 h,酒和纸浆混合蒸煮器退出。他们被分成一系列的洗衣机,洗涤步骤后,纸浆(纤维)是准备提交给漂白过程。木质素的含量软木果肉5 wt. %,这残余木质素在漂白过程中,获得一个明亮的和高质量的纸浆。

卡夫的过程是最大的制浆过程化学回收效率。制浆后收集到的化学物质,将化学恢复电路。图1化学恢复过程包括三个步骤,即黑液浓度,有机化合物的燃烧和苛化和煅烧。这些步骤是至关重要的环境和经济可持续发展造纸工业,因为他们允许减少成本和废弃物的环境影响(主要是黑液),与原材料的最小化和化工原料的回收(Mesfun et al ., 2014)。此外,化学物质的恢复co-generating蒸汽和电力的资产,在此机作为能源。

卡夫(苏打)纸浆,酒从烹饪步骤称为“弱黑液”和包含木木质素、有机材料、无机化合物(如氧化Na₂所以₄和钠₂有限公司₃)和白液(烹饪化学物质如NaOH-soda-or氢氧化钠的混合和Na₂S-Kraft)。弱黑液的浓度是由一系列的蒸发器,增加固体内容从12 - 15 wt.≈65 wt. % %。形成所谓的“强大的黑液,”经济复苏能够燃烧炉(时et al ., 2019),在未来化学恢复步骤。的冷凝蒸发器含有高浓度的甲醇和发送到处理厂(迈耶和爱德华兹,2014)。有机化合物的燃烧是执行回收锅炉,在强大的黑液燃烧和无机化学物质降低熔融精炼,富含Na₂年代和Na₂有限公司₃后,木质素分解。他们从底部的锅炉和精制(克雷默et al ., 2009)。这种燃烧过程产生的能量以电能的形式,,结合能源产生的电力燃烧室(木材燃烧),用于工厂。燃烧中溶解的无机盐恢复弱洗水,形成“绿液”(纳et al ., 2010),这是过滤/澄清把绿液糟粕。“绿液”是causticized添加石灰,将Na₂有限公司₃氢氧化钠(多斯桑托斯et al ., 2019)。碳酸钙形成石灰泥(删除他et al ., 2009年),清洗和石灰再生石灰窑。“白液”恢复过滤和重用在树林里烹饪过程。

通常,约3.5千克的蒸汽生产1公斤黑液固形物燃烧时,根据回收锅炉的效率。蒸汽一代之后,它通过涡轮机发电和生成取决于涡轮式和蒸汽的质量。轧机,生产1000吨/天的牛皮纸浆,能产生25 - 35兆瓦的电力通过燃烧1500吨/天的黑液回收锅炉干固体(Tran Vakkilainnen, 2008)。

2.3漂白过程

化学或机械制浆过程后,获得的纸浆仍然含有大量的木质素和其他有色化合物。生产高档成品,必须漂白纸浆去除纸浆颜色引起的残余木质素的存在,因此获得一个浅色或白色纸,首选的许多产品和应用程序。同样的漂白过程或序列可以应用于任何的制浆过程(机械、半化学或化学)。的两个或两个以上的化学物质和使用它们的序列取决于几个因素,包括成本、类型的纸浆漂白和最终产品的要求。添加化学品之前洗的纸浆漂白塔分阶段执行。每个阶段之间,漂白化学物质从洗衣机中删除。从这些连续洗,产生的废水进行收集和发送到污水处理厂(美国环境保护署,2010)。

2.4废弃物产生

在造纸工业中,几个废物产生在不同步骤生成的过程和废物的数量取决于制浆过程实现(Cherian Siddiqua, 2019)。卡夫的制浆过程生成大约100公斤的垃圾每吨风干浆(公斤/ t_广告半化学机械制浆过程生成),而只有60公斤/ t_广告(蒙特et al ., 2009)。用新的方法被认为是近年来对废物管理,使用不同的造纸工厂废物生成资源是一个一步绿色能源和环境可持续发展,从传统的线性循环经济概念。

图2显示图像在此过程中产生的主要固体废物。卡夫的过程,主要包括化学复苏周期,废物产生飞灰(FA),疲惫的金沙(ES)生物质锅炉(CT)和热电厂(CA),渣滓(也称为绿液污泥)从绿液澄清,粗燕麦粉从曹在石灰窑煅烧后的再生,石灰泥苛化的过程中,生物污泥和厂污泥从造纸工厂污水处理厂了图1。叫和其他木材残渣燃烧能源生产,因此,他们并不认为废物(西芒et al ., 2018)。

粉煤灰和疲惫的床沙CT在燃烧过程中生成的燃烧器,明白了图1,2。,挥发性物质的熔融颗粒和杂质进行烟道气体和向上,向低温区,固化飞灰。这些优良的灰烬从烟道气体捕获的袋式过滤器和静电除尘器。剩下的残渣回收锅炉的底部,叫做疲惫床沙CT。新鲜的沙(惰性粒子)添加到流化床生物质锅炉,锅炉是一种适合生物质燃烧。床的温度范围从800°C到900°C与O₂在烟气浓度变化4至7 vol. %(干基)(Modolo et al ., 2013)。粉煤灰和疲惫的床沙CA生成在电厂,热电联产。在这里,只使用eucalyptus叫而在动力锅炉使用木头和森林残留物。全球生物质产生的飞灰量估计为1000万吨/年(拉默斯先生et al ., 2019)。

渣主要由钠和钙碳酸盐、硫化钠、低有机分数没有回收锅炉中燃烧,和其他盐纸浆生产过程(Modolo et al ., 2010;Novais et al ., 2018 f)。粗燕麦粉是碳酸钙和没有反应的石灰消化器(苛化作用发生)。苛化作用期间,Na之间的反应₂有限公司₃(绿液)和石灰(石灰窑炉)生产氢氧化钠和碳酸钙、石灰泥的主要成分(Modolo et al ., 2010)。这种浪费是强碱性的pH值(10.0和12.8)之间由于碱性氧化物的存在(Manskinen et al ., 2011)。

几个废水的来源与不同成分和卷生成在不同的纸浆和纸张生产阶段。漂白过程中产生的废水排放总量的85%在造纸磨。这些废水在纸浆漂白过程中形成有不同的特点,根据漂白剂和生成阶段,被认为是剧毒(Kamali Khodaparast, 2015)。这些废水漂白过程中富含木质素溶解,碳水化合物,色彩,有机物,能吸附的有机卤素(AOX)和无机氯化合物,氯酚与卤代烃(迈耶和爱德华兹,2014;Kamali Khodaparast, 2015)。最成问题的废水产生和二氧化氯漂白过程中,由于复杂的和持久性有机氯化合物的形成,可已知基因毒性和生物蓄积在水生食物链中,主要在动物的身体脂肪的高营养水平(Kamali et al ., 2016)。通常,在漂白过程中产生的碱性废水Ep和生成碱提取步骤(例如,使用过氧化氢)(Saeli et al ., 2019 c)。

典型的污水处理过程中使用这些植物主要由沉淀澄清和浮选其次是生物处理(告终et al ., 2016)。这些方法允许暂停和浮动材料的去除和有毒化合物的废水流构成了纸浆和造纸厂污泥(项目组合管理系统)(Kamali Khodaparast, 2015),主要和生物污泥的混合物。项目组合管理系统提出了组成变异性高,含有大量的水,并在大量生产。据估计,0.3 - 1米³初级污泥生成生产每吨纸(Veluchamy Kalamdhad, 2017),而生物或二级污泥(BS)生产的数量低于主污泥(告终et al ., 2016)。

3从葡萄牙纸和纸浆工业废弃物特性

3.1飞灰和疲惫的金沙

飞灰的化学成分和沙子浪费在文献中报道,用x射线荧光光谱仪提出了表1。结果表明,FA的主要组件,CT和钙、硅(SiO₂)、铝(Al₂O₃)和钙(曹)。Saeli等人发现,在CT, SiO的总和₂和艾尔₂O₃数量是∼53 wt %,铁的数量也存在5.94 wt. % (Saeli et al ., 2019 b)。点火的损失在1000°C(法)也决定在几个工作和在6.39和14.3之间变化wt. %。这个范围主要是由于燃烧的材料类型,可以代表这一垃圾回收路线的缺点。x射线衍射(XRD)表明FA的主要晶相是:α-quartz,方解石,云母类矿物(如莫斯科)和微斜长石,同意光谱仪的结果。考虑到粒度分布,平均粒径获得CT是39μm比表面积(打赌)3 m²/ g (Saeli et al ., 2019 bCA是306.40μm)和(Capela餐馆et al ., 2021)。

关于精疲力竭的金沙(ES),最丰富的氧化,正如预期的那样,是SiO₂它在65年和81年之间wt. %。曹也在场,7.3 - 20 wt. %,明白了表1。另一个值得注意的因素是LOI值,2到2.9 wt. %沙子,远高于参考0.28 wt. %,可能由于其化学成分(CaCO的存在₃和/或有机物质)。收到基砂的粒度分布进行的工作(Goncalves et al ., 2021 b)。作者观察到的最高质量的内容得到的分数高于500μm,金沙的总质量的-71%,62%,分别CA和CT。参考砂值是57%。

3.2渣滓和粗燕麦粉

光谱仪分析表明,渣的主要氧化物分别,曹,Na₂啊,所以₃(8.13,15.2,23.8和10.5 wt. %,合营公司)具有高价值法则(34.3 wt. %)。这些结果符合方解石的煅烧和钙水碱,以及一些在场的有机质含量在这样浪费。作者还提出担忧₃数量由光谱仪表明一个贫穷的演绎硫含量的锅炉。大小的粒子不规则但非常好:所有低于20µm 6µm(附近的平均粒径Novais et al ., 2018 f)。同样重要的是渣滓包含状态,在其成分,一些重金属Novais等人证明(Novais et al ., 2019 a)。铬、钴、铜、铅、镍和锌都被光谱仪,在ppm水平在50到150除铜在更高的量,发现约3075 ppm (Novais et al ., 2019 a)。这将影响潜在的回收方法尽可能的重金属浸出的废物可能会限制他们的应用范围具有挑战性的废物流。不过,后来,它将显示在这个评论,最近的研究表明合并的可行性相当高的渣滓在地质聚合物,而捕获中的危险组件绑定的框架。

粗燕麦粉是完全以Saeli et al。Saeli et al。(2019),Saeli et al。(2019 b),Saeli et al。(2018)。这残留的水分∼7 wt. %。通过光谱仪曹是发现的主要组成部分(49.45 wt. %) Na紧随其后₂O (5.52 wt. %),而其他组件检测到低得多(2 wt. %以下,可以看到表1。LOI值被发现浪费41.1 wt. %,归因于高温分解碳酸钙和碳酸氢钠。通过XRD发现粗燕麦粉主要是(> 95 wt. %)由碳酸钙(CaCO₃),还提供一些少量的碳酸氢钠(NaHCO₃),获得的结果符合的光谱仪。粗燕麦粉提供了一个广泛的粒度分布,从1到12.5毫米,但只占很小的百分比(2 wt. %)的粒子直径差1毫米。

3.3石灰泥、生物污泥和造纸污泥

石灰泥(LM)主要由曹(51-55 wt. %)。光谱仪分析也确定一个大损失点火(减量)1000°C (42 - 43.7 wt. %)与碳酸钙的热分解。事实上,差热分析显示一个强烈的吸热乐队集中在828°C,典型的方解石分解(Modolo et al ., 2014;Buruberri et al ., 2015)。只符合光谱仪、x射线衍射分析表明,方解石(CaCO的存在₃)。此外,LM由细粒子,平均值约为10 - 12µm和26µm的最大大小。

生物污泥(BS)的固体浓度是17.2 wt. %。BS的主要化学成分有:₃(4.90 wt. %),曹(4.53 wt. %), P₂O₅(2.3 wt. %)、SiO₂(1.89 wt. %),看到的表1。b显示高值法则(83.80 wt. %),由于挥发组分和有机化合物(Buruberri et al ., 2015)。BS粒度分布没有因为干样例后评价主要由聚合物形成的。

项目组合管理系统主要由₂O₃(13.24 wt. %)、SiO₂(5.24 wt. %),曹(2.14 wt. %), P₂O₅(1.83 wt. %) (西芒et al ., 2017)。项目组合管理系统提出了合作意向书低于b (74.84 wt. %)。项目组合管理系统的含水量很高,∼86 wt. %,因此干燥步骤是必要的。项目组合管理系统显示低结晶度,即便如此,石英和方解石被检测到。它的维₅₀20.7µm价值被发现。

图3介绍了显微图的一些造纸废弃物:飞灰,疲惫的床沙,渣滓和石灰泥。FA和渣滓都是形状不规则的颗粒组成,呈现粗糙表面和广泛的粒径范围(几微米至> 100μm) (Novais et al ., 2018 f;Capela餐馆et al ., 2021)。此外,它也可以观察到CA提供了更大的粒子比CT是按照激光衍射的结果(Capela餐馆et al ., 2021)。

Goncalves et al。(2021 b)精疲力竭的金沙商业砂和相比,观察到图3、废砂是由不规则的谷物,而商业砂更常规的形式。然而,ES将聚合这些形式可能没有负面影响砂浆的性质。石灰泥了晶体的微观结构成分有关,碳酸钙(Modolo et al ., 2014)。

4应用造纸废水

水泥生产过程,如今,负责公司总数的5%₂排放(Statista, 2020;2020 b)。因此,将这个过程更可持续和满足零排放,到2050年,低碳足迹材料研究(瓦什et al ., 2021)。

概述不同类型的应用程序被描述在以下部分分为部分:4.1水泥基材料包括烧结和致密材料;4.2 alkali-activated材料包括密度和多孔材料,吸附的污染物,pH值控制;和4.3的其他应用程序。

4.1水泥基材料

以下4.4.1熟料

Buruberri等人研究了利用石灰泥(LM)、生物污泥(BS)和粉煤灰(FA)为辅助原料的合成belitic和波特兰烧块(Buruberri et al ., 2015)。熟料的合成、11成分进行了测试,从不同数量的LM的混合物,BS和足总。配方是基于三个原则:获得一个熟料成分丰富的二钙硅酸盐或Portland-type,最大化整合的废话,减少水分。LM是用作曹的主要来源,BS除了增加能源系统作为助熔剂,FA表现作为助熔剂和曹提供,SiO₂,艾尔。₂O₃和菲₂O₃。在四个温度制备成分被解雇(1300、1350、1390和1455°C)。作者得出结论,belitic和波特兰烧块得到的配方进行测试。应该强调,获得硅酸盐熟料在1390°C被解雇,代表一个主要能源行业中获得比目前使用的温度(∼1450°C)。获得的belite-based水泥熟料是用来准备杰姆II l根据EN197-1:2011 (岑:欧洲标准化委员会,2011年)被混合LM和石膏。这水泥是先后在迫击炮的生产测试的价值暴跌167±2毫米,适合室内和室外贴应用,治愈7,28,90天。作者观察到增加砂浆的抗压强度随着固化时间的崛起:6.1,10.2和13.3 MPa为7,分别为28天和90天。他们的密度增加了养护28天,然后保持不变,2.03克/厘米³。得出结论,迫击炮的硬化是导致的熟料与水反应形成水化铝酸盐类和硅酸盐。经过7天的治疗已经取得了抗压强度满足要求,内部和外部应用程序(6 N /毫米²)。硬化迫击炮没有显示的形成风化或其他恶化迹象表明可以妥协他们的耐久性。

西芒et al。(2017)评估的熟料制备LM、FA和纸浆和造纸厂污泥(项目组合管理系统)。烧结合成,准备五个配方基于石灰饱和因素,避风方程、含水率和最大化的废物流的内容组成。配方被解雇的三个温度(1350、1400和1455°C)。获得的烧块主要是构成二钙硅酸盐和硅酸三钙石但tricalciumaluminate等阶段,铁氧体,在一些样品,石灰也在场。这些水晶阶段常见的商业烧块。熟料制备的三个废物,热处理在1455°C,提出大量的硅酸三钙石和最好的配件里特维德量化生产eco-cement被选择。与石膏混合(95 wt. %) (5 wt. %)和其强度发展测试砂浆配方。作为比较,迫击炮与普通硅酸盐水泥也准备好了。水用于粘结剂比(w / b)水泥基迫击炮的0.48。在eco-cement-base迫击炮的情况下,为了实现相同的可加工性,w / b 0.75。 Eco-cement-based mortars presented a compression strength of ∼16 and 21 MPa after 7 and 28 days of curing, respectively. Lower values than the ones achieved by the cement-based mortars, ∼32 MPa for 7 days of curing and 43 MPa for the longer curing time. The higher amount of water used in the preparation of eco-cement-based mortars was pointed out as the main factor responsible for the lower compression strength values. Nevertheless, the obtained results were considered satisfactory since eco-cement was produced, exclusively, from waste.

4.1.2密集迫击炮

Rajamma et al。(2009)研究了普通硅酸盐水泥的替代(OPC) I型不同数量的生物质飞灰(10、20和30 wt. %)。制定与粉煤灰CA表现出相似的水合热的纯水泥粘贴和水化率和阶段形成取决于碱含量和水粘合剂比例。作者得出的结论是,更换,20 wt. %, OPC的粉煤灰材料的机械性能不妥协。Alkali-silica反应是一个不受欢迎的过程,因为它导致混凝土结构的退化。粉煤灰的存在的影响的缓解alkali-silica反应研究了(Esteves et al ., 2012)。迫击炮准备20和30 wt. %的粉煤灰作为水泥的替代品。以下趋势报告:1)迫击炮的扩张与英足总倾向于减少合并;2)粉煤灰CA比CT更有效,与CA的迫击炮准备现在更高的机械强度(抗压和抗弯);和3)10 wt. %的偏高岭土的加入增加了迫击炮的属性,也显著提高了扩张缓解alkali-silica反应结果。这些发现表明在混凝土中加入生物质飞灰的可行性(Esteves et al ., 2012)。

继续之前的工作,Rajamma et al。(2015)研究了生物质飞灰对流动行为的影响(和易性和流变学),凝结时间、水化温度和电阻率。作者观察到,通过增加粉煤灰的比例更多的水被要求达到相同的新鲜条件由于较小粒径的FA,倾向于结块和保留/吸收的水分子。凝结时间也增加,阻抗测量显示较低的电阻率比FA时参考使用。这种趋势可能会解释为移动物种的浓度越高,即钠离子、足总提出的。作者还观察到两种类型的灰之间的差异(CA和CT)并不是表达的可加工性和凝结时间行为新鲜贴。对于水化温度、水泥的替代FA水化温度下降,可能说明推迟水化过程。关于硬化状态属性,没有观察到显著差异。因此,作者得出的结论是,总体性能是可以接受的飞灰和生物量的整合是一个可行的解决方案(Rajamma et al ., 2015)。

最近,Capela餐馆et al。(2021)研究生物的回收粉煤灰(FA), CA和CT,补充商业冗长的砂浆胶结材料。FA的预处理(筛分和研磨)及其影响进行评估。作者观察到,和易性随英足总含量的增加,利用FA收到或已筛。增加FA水平导致低密度、高吸水和更低的优势(压缩和弯曲),连贯与孔隙度的提高。使用接地FA时,这种倾向是减毒,这是更好的混合物的均匀性有关,导致更好的密实度。密度和吸水值更接近的标准组合。25样品被证明是耐冻融循环和替代17%的足总会见了OPC技术要求抗压强度(10 MPa)以及抗弯强度(3 MPa)没有任何预处理(Capela餐馆et al ., 2021)。

Modolo et al。(2013)评估利用疲惫床沙CT,产生鼓泡流化床燃烧森林生物量的残留物,替补的总量(粗砂)呈现灰浆配方。ES是渗(250年至1000年间µm)获得粒度分布类似于商业处女沙子,然后洗一个工业工厂。通过洗ES可溶性氯化物含量降低了60%左右。这是一个重要的成就因为Cl浓度决定的灰量可以被纳入一个砂浆/混凝土配方。根据EN 998 - 1:2016砂浆/混凝土配方的氯含量应低于0.1 wt. %。迫击炮与0,50和100 wt. %替代粗砂的制备了两种类型的ES预处理。粉尘迫击炮,设置开始发病稍早些时候,之间的时间间隔开始和最后的凝结时间缩短,相比标准组成。这种行为归因于较高含量的氯化物在灰比沙子。在硬化状态,样品的抗压强度、弹性模量和收缩。灰的掺入导致小的变化研究了属性,与所有配方完成所需的规范。 From the obtained results it was assumed that the ES particles are not as inert as the sand. Nevertheless, further studies on the durability of the samples were suggested.

在以后的工作,Modolo et al。(2015)进行物理、化学和矿物学特征的ES CT,对填埋的垃圾分类和稳定物价的胶粘剂作为粗砂砂浆配方替换。基于结果ES是用垃圾填归类为无害物质,根据2003/33 / CE (欧洲议会和理事会,提到过,2003年)和法令没有152/2002法令152/2002-Solid废物(2002)。ES是渗(250年至1000年间µm)和粘合剂的迫击炮和0,25、50和100 ES wt. %沙子替换的。火山灰含有公式显示较低的水需求得到合适的可加工性(以坍落试验)。包含迫击炮的ES润湿性显示高于标准的制定。从迁移测试,观察到非填充型区域的瓷砖覆盖标准的制定高于包含迫击炮的火山灰覆盖。对所有测试替代百分比值获得移情能力优于70% 40分钟后测试。观察到的结果归因于物理差异ES和沙子。即ES与粗糙表面粒子和更高比例的商业砂相比更小的微粒。在硬化状态,拉伸粘附强度评估,并发现它与ES含量的增加改善样品有三个存储条件:标准,湿热。这个结果是由于改进的界面接触胶粘剂和瓷砖,由于观察增加粉尘样品润湿和转移能力证明。 This tensile adhesion strength improvement led to a change in the failure pattern, from the tile–adhesive interface to a cohesive failure inside the adhesive.

Modolo et al。(2014)还研究了掺入LM的迫击炮。包含30 wt. % LM的样品表现出最高的扭矩和屈服应力值,而塑性粘度保持几乎不变。这些迫击炮的传播与参考相比下降了约15%。设置时间也减少但LM没有显著影响水化动力学。LM样品的抗压强度增加了8%左右在养护28天(对照试样相比),但在混合物30 wt. %有轻微减少经过28天的治疗。虽然在地工业使用LM迫击炮,有必要消除它的水分,可以使用这个残渣从而提高经济和环境方面相关废弃物管理和保存原始原料(Modolo et al ., 2014)。

生物质能研究了粉煤灰作为辅助胶凝材料,因为它可以将火山灰活性。这种行为与SiO的总和₂,艾尔。₂O₃,菲₂O₃大量的化学成分(Rajamma et al ., 2009;Berra et al ., 2015;Capela餐馆et al ., 2021这三种氧化物),以及在多大程度上存在于粉煤灰无定形的阶段(Berra et al ., 2015)。粉煤灰粒径减少还可以提高灰的反应(Capela餐馆et al ., 2021)。火山灰反应的特点是反应在水泥水化的Ca(哦)₂从熟料SiO₂和艾尔₂O₃从粉煤灰,产生水化铝酸钙(C-A-H)和水化硅酸钙(C-S-H) (Capela餐馆et al ., 2021)。一些生物质粉煤灰能拥有液压活动(Rajamma et al ., 2009;Esteves et al ., 2012;Capela餐馆et al ., 2021),它还可以促进机械强度发展(Esteves et al ., 2012)。像一个液压粘合剂,它与水发生化学反应,集,变硬并能保持其强度和稳定性甚至在水,EN 197 - 1:2011 (岑:欧洲标准化委员会,2011年)。

Modolo et al。(2015)得出结论,LM粒子聚集或三度空间结构的形成可以影响混凝土的和易性。此外,LM公司将影响水化溶液的pH值和影响水化机制。其他因素可能会影响设置机制,如在LM Cl−离子的存在,Cl−之间的反应离子和C3A(铝酸三钙)或C4AF (tetracalcium aluminoferrite)意味着在chloroaluminates形成倾向于扩大和增加孔隙度。

4.2地质聚合物

4.2.1密集的材料准备

Saeli et al。(2019 c)测试另一个纸浆和造纸工业残渣生产施工geopolymeric绑定和迫击炮,碱性废水。流出物取代了蒸馏水用来溶解氢氧化钠颗粒催化剂的解决方案和一些氢氧化钠/ Na₂SiO₃比率和水碱性废水替换进行了测试。制定了70 wt %生物质粉煤灰(论坛),30 wt %可,准备0.78固体/液体的比例和氢氧化钠/硅酸钠1:3的比例呈现最好的结果和样品之间的差异与碱性废水(而不是水)并不是很大,环境效益。迫击炮最好的粘合剂和商业砂进行了研究和最佳配方,与粘结剂聚合1:3的比例,显示出其良好的和易性和抗压强度高于20 MPa,在课堂上M20。然而,所有的公式都至少类M10 (Saeli et al ., 2019 c)。

Saeli et al。(2019)测试石灰消化器粗燕麦粉为骨料和生物量geopolymeric迫击炮的粉煤灰作为前体/粘结剂。骨料粒度测定的影响和粘结剂/总比访问:使用粗燕麦粉的最大尺寸是12.5毫米。使用细粗燕麦粉降低了地质聚合物迫击炮的一致性。总量的减少量,通过增加粘合剂总比,提高一致性。相同的大小增加或增强提高体积密度、吸水率降低,和毛细系数增加。正如所料,骨料减少的相对数量的增加混凝土的抗压强度。无论如何,大部分的配方显示抗压强度高于10 MPa,限制用于建筑业(Saeli et al ., 2019 b)。

另一项研究由同一作者(Saeli et al ., 2019 a)测试使用论坛的可部分替代前体混合,而粗燕麦粉被用作聚合不同的粘结剂/聚合(B / a)比率。保持相同的商业石英砂骨料粒度分布也使用。作者观察到地质聚合物砂浆结合了抗压强度低于纯粘合剂残留物礼物。制定显示最高的机械阻力与1:5的B / A比值为粗燕麦粉或粗燕麦粉+沙子,18.89±1.26 MPa和23.17±1.17 MPa,分别。作者还观察到,通过增加总金额,并通过减少粘结剂总量比例,更均匀粘贴和较高的抗压强度值。所有测试成分适用于砌体应用建设因为机械强度高于10 MPa在养护28天。然而,作者提出使用附加组件为了改善和易性的粘贴,设置时间、收缩和主要工程性质的材料。生物质粉煤灰,铝硅酸盐材料,可以作为源的活性二氧化硅和氧化铝的生产地质聚合物粘结剂。然而,这个废物流的反应性低于当使用处女和高纯前体煅烧高岭土等。

Saeli et al。(2020)石灰泥(LM)作为填料用于geopolymeric迫击炮建设。实验工作分为两个部分:1)与没有水的LM调整正确的和易性;2)第二个用水调整。LM的最大数量为12.5 wt %在第一种情况下。7.5 - -12.5 wt %的LM的使用被证明是有利于材料的机械强度,因为它提高了分类的迫击炮M20 M25公路。10% LM保证良好的和易性和机械强度之间的妥协。调整正确的水可加工性允许更高的使用LM数量然后硬化性能的负面影响(Saeli et al ., 2020)。

粗燕麦粉粗分数测试geopolymeric混凝土的骨料(70%粉煤灰+ 30%偏高岭土)(Saeli et al ., 2018)。使用了两种不同粒度的分数,一种介于0.5和1.5毫米,另从0.5到5毫米。作者还研究了粘结剂的影响:总比例(1:1,1:2,1:3)。使用粗的分数将最小化抗弯强度,而抗压强度会增加。正如所料,降低粘合剂的使用:总比率降低样品的抗压强度。样品准备用1:1比例显示阻力值超过15 MPa (M15分类)。所有其他样本属于M10类。

加入填料的渣滓geopolymeric迫击炮是首先考虑(Novais et al ., 2018 f),而后续评估的重金属浸出的研究dreg-containing地质聚合物(Novais et al ., 2019 a)。结果表明,增加渣影响和易性的迫击炮和这是归因于糟粕,吸收水的微粒和减少和易性(Novais et al ., 2019 a)。有趣的是,渣滓的加入提高了抗压强度的标本。制定包含最高的渣滓(100 wt %)的抗压强度约13 MPa在治愈的第270天,这没有开花的样子。关于有害元素淋溶,样品的被证明能够有效地固定在地质聚合物矩阵。仅有少量的铬和铜被淋滤,远远低于土壤的污染限制(Novais et al ., 2019 a)。实际上,样品包含越来越多的渣滓显示低释放一些有毒元素,即,Cr(注意,不存在糟粕,但飞灰),可能由于密实度增量实现。Novais et al。(2019)显示,渣滓都没有参与geopolymerization反应一旦XRD dregs-containing迫击炮清楚显示水钙碱的存在,已经检测到的浪费。然而,这种浪费的主要问题是它的钠含量可能由于风化的形成。通过EDS分析,没有观察到的微观结构修改。进一步,即使水浸环境干燥,没有准备的迫击炮显示风化的存在(Novais et al ., 2018 f)。因此,作者得出结论,渣滓不影响地质聚合物的微观结构和稳定的长期地质聚合物生产。

Novais et al。(2017)研究了玻璃纤维织物的影响(人造石铺地面)浪费公司作为增强剂的性质metakaolin-based地质聚合物。使用人造石铺地面来自下脚料中产生风力涡轮机叶片生产。作者观察到纤维的引入改善了延性硬化样品和抑制他们的完全断裂。此外,纤维的掺入改善了抗压和抗拉强度的样品,最好的结果是通过利用6毫米纤维。这些纤维的掺入2 wt. %提升̴的抗拉强度增加77%,而与抗压强度提高3 wt. %̴162%相比,结果没有纤维样品准备。基于这些好的结果,作者使用论坛为主要生产geopolymer-fiber复合材料(70%)二氧化硅和氧化铝源与偏高岭土混合(30%)。人造石铺地面用作强化层嵌入在地质聚合物矩阵。评估的影响人造石铺地面治愈样本的属性数量,四个配方准备。一个没有人造石铺地面(只有地质聚合物矩阵),和其他三个包含一个,两个,三层平行排列的人造石铺地面标本的基础和粘合剂层之间插入。在28天治愈样本观察到样品的密度减少的人造石铺地面,而获得的吸水值在所有样品相似。 The authors also noticed that the introduction of the GFF layers improved the flexural strength (up to 144%) when compared to the specimen prepared only with the geopolymer matrix. It was verified that the flexural strength of the samples increased with the increment of the number of GFF layers and that its presence avoided the complete fracture/failure of the samples and increased their ductility.

Senff et al。(2020)得出结论:人造石铺地面6毫米削减可以用作加固剂在多孔迫击炮配方没有负面影响其热导率。的影响,作者评估铝粉(美联社),porogenic代理,和人造石铺地面,作为增强剂,在geopolymeric多孔迫击炮的属性。基于之前的作品(Novais et al ., 2017 a;Novais et al ., 2018 d),迫击炮生产论坛受雇为主要铝硅酸盐源和人造石铺地面使用减少到6毫米长度的纤维。从流表结果,美联社和纤维的掺入仅限于wt. % 0.2和2.0,分别。在硬化的样本,发现添加的增量美联社内容裁定观察到的体积密度下降,总孔隙度的增加和迫击炮的吸水。2.0 wt. %纤维掺入改善弯曲(23%)和抗压强度(30%)的迫击炮准备0.2 wt. %的美联社。这种行为是解释为纤维,通过随机分散geopolymeric多孔基质,形成了一个框架,稳定的微观结构。

Goncalves et al。(2021 b)研究单一碱激活材料(批)只使用高炉矿渣作为坚实的前兆,偏硅酸钠,固体催化剂。作者开发的,第一次,迫击炮的商业砂取代了疲惫的床沙从生物质燃烧锅炉。给出的迫击炮准备与商业砂抗压强度高,79 MPa,经过28天的治疗获得的值。疲惫的迫击炮发达金沙表现出杰出的抗压强度值,从70年到86 MPa,不会影响其他材料的属性(设置时间、表观密度和吸水率)。这项工作表明用疲惫的床沙的可行性,从生物质锅炉,骨料生产批迫击炮。

表2提出了一种比较的主要属性上面描述的所有作品(样本治愈28天)和报告类的电阻材料,根据EN 998 - 2。每个类都有一个特定的应用程序:M2.5-non-load-bearing, M5-all类型的外墙和内墙,M10-masonry应用室内和室外墙,M15-structural砌体结构的加固和M20。

4.2.2多孔材料

4.2.2.1保温

使用造纸废物的可行性低导热系数的综合地质聚合物已经被探索。地质聚合物密度的减少可以通过创建发泡代理的使用,如H₂O₂或Al粉(Novais et al ., 2016 c;Novais et al ., 2019 c;Senff et al ., 2020),或者由多孔骨料掺入像软木塞或建筑和拆迁废料(罗西et al ., 2018;Novais et al ., 2021),或两者的结合策略(例如,多层材料)(Novais et al ., 2020 d)。表3总结了最近的研究使用造纸废弃物。

在第一个研究中,Novais等人使用不同数量的H₂O₂(0.03,0.15,0.30,0.90和1.2 wt. %)研究基于FA的地质聚合物的热性能影响。XRD表明增加H₂O₂没有重大影响矿物相的形成。尽管如此,扫描电镜和光学显微图显示强大的显微结构的变化,越来越多的H₂O₂影响特别是孔隙度和孔隙大小分布。作者研究了成孔剂之间的关系,平均孔隙大小,毛孔数量、面积比、吸水率、表观密度和总孔隙度。通常,所有参数与孔隙形成剂的浓度增加,除了表观密度,降低了。与越来越多的热导率降低了发泡剂达到一个值低至107 mW / m K (Novais et al ., 2016 b)。

Novais等人研究了氢氧化钠浓度的影响和水量的影响性质和微观结构对FA地质聚合物为基础,再次使用H₂O₂作为发泡剂。0.72 wt. %和1.35 wt. %的H₂O₂添加了8米10米和12米氢氧化钠的解决方案被使用,和水含量也发生了变化。结果表明,含水量和氢氧化钠浓度强烈影响糊的粘度,而H₂O₂内容,至少在研究范围内。使用低碱(氢氧化钠)提高孔隙度和浓度也在改变孔隙的连通性,为合并发生导致更高容量的开孔率。强烈的热导率降低(40%),H₂O₂是补充道。这个属性也由氢氧化钠控制物质的量浓度:物质的量浓度较低导致较小的热导率,在82 mW / m。K达到最小值。这种效果是由于料浆的粘度变化的早期阶段地质聚合物的形成。氢氧化钠浓度高会影响样品的表观密度、导热系数值的直接对应。热导率更明显的衰减成分包含大量的H₂O₂,这是符合孔隙形态学的观察到的变化(Novais et al ., 2016 a)。

罗西et al。(2018)还研究了H的影响₂O₂在基于废物的迫击炮。粘结剂是用FA浪费作为坚实的前体和车损险聚合。为了生产轻型地质聚合物罗西等人固体液体比保持在低水平,所以参考砂浆显示高孔隙度、44%左右。尽管如此,当0.45 wt. % H₂O₂增加,孔隙率增加到55.9%。的一个主要影响被观察到典型的孔隙大小的样品形式增加0.198µm 31.88µm金额最高的H₂O₂(0.45 wt. %),也代表了一个增量打赌面积从18.93到26.7米²/ g。因为它所示表3导热系数的最小值出现在本研究190 mW / m K。

铝粉和水量的影响导热系数的FA-containing地质聚合物进行了研究Novais et al。(2018)。热导率最低的是78.6 mW / m K。

Cork-containing样本显示热导率在94年和68 mW /可(Novais et al ., 2019 c;Novais et al ., 2020 b;Novais et al ., 2020 d;Novais et al ., 2021)。

4.2.2.2湿度调节

水分缓冲区的值(MBV)进行了测试验证样品的吸收和释放水分在暴露于每日/循环湿度波动。换句话说,MBV量化的水分(H₂O)吸收或释放的材料时受到重复的日常波动两个指定的相对湿度水平。在回顾了手稿,测量进行了根据Nordtest协议(骑et al ., 2005 a),使用的设备是一个气候室(300年Fitoclima EP10 Aralab)和质量变化与平衡测量。水分缓冲区的值是由吸附和释放的质量变化从一个给定的材料在一个特定的区域水分变化和由以下方程:

在哪里 $\Delta 米$ 质量变化(g); $\mathrm{一个}$ 表面积暴露在湿度变化(m²); $\Delta \%RH$ 是振幅的大气相对湿度(%)。不同的相对湿度振幅可以选择,但75%的人力资源人力资源16 8 h 33% h是为了模拟使用的值相对应的工作时间和湿度,根据ISO 24353:2008(定义标准化组织,我。,2008年)。增加迫击炮/贴的能力来控制内部水分波动,发泡剂可以使用或多孔吸附剂总量。

德罗西等人基于废物的地质聚合物使用迫击炮(CDW骨料)对不同疏;这种样品的MBV波动从0.80 g / m²Δ% RH(参考砂浆没有发泡剂),一个令人印象深刻的5.61 g / m的更高的价值²Δ% RH(最高的样本数量的发泡剂);这个值是最高的为这种类型的材料(迄今报告罗西et al ., 2018)。这表明湿度缓冲能力的改善可以通过增加数量的发泡剂。得到了提到这些值是很重要的在一个周期12 h在50% RH + 12 h在75% RH。

罗西et al。(2019)结合生物质与建设和拆迁废料粉煤灰(CDW),生产地质聚合物迫击炮。论坛作为前体而车损险部分替代商业砂骨料。车损险的使用作为细骨料代替砂抗压强度提高了78%,弯曲强度115%。对于新鲜的状态属性,车损险的使用减少了传播,这种效果是由于浪费的细度和更高的吸水。

Goncalves et al。(2021)双层结构阿姆思,只有使用多孔表面暴露于环境变化(湿度波动)。MBV达到2.71 g / m²Δ%人力资源由罗西大大低于报道et al .,然而,它被认为是“优秀”,这是最高的分类根据Nordtest协议(骑et al ., 2005 a)。这表明,双层结构阿姆思可以是一个很好的方法来最大化的多功能行为样本。

作者还研究了不同类型的软木塞的影响总体上MBV能力。Novais et al。(2020 c)使用黑色膨胀软木(约6毫米大小)作为轻骨料。不足为奇的是,通过增加数量的软木塞,表观密度降低到一个价值7倍低于参考地质聚合物,如上图所示。MBV,软木塞的增加导致更高的样品MBV(上图1.37 g / m²% RH)。与75年vol. %软木MBV达到1.89 g / m²% RH。作者进一步加强软木塞,但负面影响的具体MBV(较低的值相比75年vol. %样本);然而,复合材料包含87.5和90 vol. %软木显示非常可再生的吸收和解吸周期,展示一个好的缓冲水分随时间波动的能力(Novais et al ., 2020 c)。

在进行类似的工作Novais et al。(2021)的影响,作者研究了两种类型的软木塞”细”和“粗”(大小不同,分别为0.5和2毫米)。20 vol. %的公司“粗”软木导致MBV略高(1 g / m²Δ% RH)相比,参考样本(没有软木塞说,0.89 g / m²Δ% RH)。软木内容增加到80卷%对水分调节能力产生重大影响:包含较小尺寸的复合颗粒的MBV 2.22 g / m²Δ% RH, 2.5倍的参考。进一步增加软木卷85卷%不能产生更好的性能(MBV = 1.97 g / m²Δ% RH)。除了软木,软木颗粒大小也发现对湿度缓冲能力有很大影响:使用粗颗粒导致低MBV由于较低的存储和释放这些样本的能力。然而,应该注意的是,虽然性能低于使用小尺寸的软木颗粒,这些复合材料仍然表现出更好的缓冲能力参考矩阵相比,不仅在实际MBV还对吸收/解吸模式。

这些结果表明,geopolymeric泡沫或麦复合材料可能需要监管机构作为水分。几乎所有的样本显示“好”或“优秀”MBV分类(1.0 < MBV < 2.0 g / m²% RH), MBV > 2.0 g / m²% RH,分别根据Nordtest协议(骑et al ., 2005 b)。

4.2.3吸附的污染物

4.2.3.1重金属

地质聚合物表现出有趣的属性及其化学结构提出了一种带负电荷的铝硅酸盐框架和电荷平衡阳离子(Na⁺K⁺或Ca^{2 +})。事实上,这个性质起着根本性作用的吸附重金属存在于不同的流(如工业废水),这些阳离子交换与带正电的金属出现在解决方案。这种材料然后转化成一个环境可接受的浪费土地处理(Duxson et al ., 2007)。重金属或染料分子固定在一个地质聚合物矩阵是一个化学和/或物理过程和研究利用这种潜力已经(霁和裴,2019)。

第一个工作由我们的研究小组在这个领域涉及制备地质聚合物单体,基于偏高岭土和粉煤灰(FA)、铅吸附。由于孔隙度起着基本的作用在吸附过程中,使用过氧化氢(介于0和1.2 wt %)作为发泡剂。总疏被成功控制,不同从41.0到78.4%,而相应的表观密度从1.21下降到0.44克/厘米³。由于地质聚合物样品和碱浸出影响溶液的pH值,样本洗到中性pH值。Non-washed样品也被使用。圆柱形光盘22毫米直径3毫米厚度的沉浸和动摇后24 h在室温和固定的时期,整除和Pb^{2 +}通过原子吸收光谱法测定浓度。最大吸附铅,获得高孔隙度的样品(准备为1.2 wt % H₂O₂),是6.34毫克_铅/ g_{地质聚合物}。解吸,样本处理水和酸性条件。24小时后,他们的复苏是没有完全实现,表示强烈的固定的铅在地质聚合物矩阵(Novais et al ., 2016 d)。另一个策略涉及的制备多孔bulk-type geopolymeric样品除铅和锌。立方样品提交总孔隙度84卷%和体积密度408公斤/米³和258公斤/米³分别洗之前和之后。金属去除沉淀是获得使用non-washes样本时,当吸附萃取机制在使用洗颗粒。吸附铅去除后24小时达到16.5毫克_铅/ g_{地质聚合物},而对于锌值为20.4毫克/克1 h沉淀后得到。

粉末材料展示优秀的污染物去除效率,但是实验限制在他们收集post-use和总成本是重要的缺点。基于Cm-size基于废物地质聚合物泡沫材料(粉煤灰)然后准备和测试铅吸附。在这种情况下,氢氧化钠浓度和发泡剂含量变化对孔隙度的影响进行评估。最高的去除效率得到高度多孔的样本(100 ppm Pb^{2 +}4 h联系)。使用800 ppm Pb^{2 +}解决方案中,铅吸收最大(105.9毫克/克),和对应于最佳值报告bulk-type地质聚合物吸附剂。重用这些泡沫也研究的可能性,弱酸性处理和水洗后,后与100 ppm铅接触^{2 +}解决方案。样品高铅^{2 +}发布的内容包含低铅的66.8%,而其他^{2 +}释放量较低浓度1 h浸后(52.7%)。与结果作者表示,温和的酸性环境下促进快速铅解吸,尤其是在高铅样品内容。解吸后,样本在Pb再次重用^{2 +}100 ppm解决方案4 h呈现相似的吸附行为第一次使用周期。这证实了可行性重用它们作为吸附剂(Novais et al ., 2020 a)。

最近的工作涉及到1厘米的准备³立方泡沫及其性能如铅、铜、镉和锌在单一吸附剂,二元和多元的解决方案。泡沫准备考虑先前的研究的作者(Novais et al ., 2020 a),使用氢氧化钠8 M为活化剂的代理。关于立方泡沫的物理性质,总孔隙度达到77.8%,体积密度是0.53克/厘米³。泡沫评价重金属吸附剂摄于3吸附测试:1)单一元素(铅^{2 +}、Cd^{2 +}、铜^{2 +}和锌^{2 +})与C₀1000和800 ppm之间接触时间之间的吸附剂和离子解决方案1和6 h;2)双星系统结合两种重金属,C₀与6小时接触时间= 10 ppm;3)多组分系统C₀= 10 ppm和6 h接触时间。结果表明,重金属的去除效率的影响性质和遵循的序列关联在一个单一的组件系统:Pb^{2 +}> Cd^{2 +}>锌^{2 +}>铜^{2 +}。这种倾向有关,其中,水合离子半径和不同重金属的水合焓(Caetano et al ., 2022)。

4.2.3.2染料

着色工业废水的污染对环境和生物体严重威胁。亚甲蓝(MB)是一个单价,阳离子,芳香族有机化合物、固体、基本、水溶性和最常见的一种染料负责水污染(汗et al ., 2022)。染料吸附是一种常见的方法去污,将多孔地质聚合物转化为可行的替代品作为高效的去除染料前体。的研究李et al。(2006)是第一个报告的使用粉地质聚合物在水中有机物的去除,而使用的可行性全美浮尘geopolymeric巨石(不是粉)据报道只有2018年(Novais et al ., 2018 b)。地质聚合物对不同疏是准备和比较。正如所料,特别是对于高初始染料浓度(C₀),高度多孔的样品表现出更高的吸附性能,吸收三次优越时,孔隙度双打(从40.7%到80.6%)。这些材料的可重用性还证实,5周期后去除效率是不变的(Novais et al ., 2018 b)。在后续研究中,制备地质聚合物材料具有较高比表面积进行了研究。全美浮尘geopolymeric球体与2.6毫米直径的准备和使用MB吸附剂的合成废水。时获得更高的吸收值C₀增加,从1.1到30.1毫克/克是10 MB浓度250 ppm,分别。24小时接触球后,吸收达到79.7毫克/克,超过的值已经报道geopolymeric材料。热再生允许重用的材料。8个周期后去除效率衰退仅为17%。(Novais et al ., 2019 b)。

也考虑到,一旦耗尽,样品比粉状吸附剂容易的复苏,Capela餐馆等人开发廉价的多孔吸附剂巨石准备只有CA和铝粉(porogenic代理),利用英足总自硬能力。积极准备的巨石被检测MB吸附。结果表明,染料吸附动力学可以描述符合一级方程和吸附过程的特点是2型朗缪尔等温线模型的最大吸附容量∼0.66毫克/克,确定样品的总孔隙度越高,∼72% (Capela餐馆et al ., 2022)。

在不同的方法中,活性炭生产软木废物和激活的纸浆和造纸行业的碱性废水(50卷%)和商业氢氧化钠。所得活性炭拥有非常高的比表面积(1670米²/ g)。该吸附剂显示非凡的去除效率(99.9%在5分钟)和MB吸收350毫克/克,的一个最有前途的激活碳产生的亚甲蓝。(Novais et al ., 2018 d)。

4.2.4 pH缓冲

近年来,一种创新和绿色替代pH监管报告,涉及使用waste-containing地质聚合物独石(Novais et al ., 2016 d)或球体(Novais et al ., 2017 b)。当浸在水中,这些材料渗出大量的羟基离子的结构。羟基离子的存在保证长时间的pH值调整,避免大的波动。碱性浸出从地质聚合物可以控制的活化剂浓度(Zhang et al ., 2014)、粘结剂的性质(Novais et al ., 2017 b)、固液比和孔隙度(Novais et al ., 2016 d)。Novais et al。(2016 d)还建议地质聚合物的几何形状对他们产生重大影响浸出行为,和球的使用而不是光盘或立方体青睐碱金属的浸出,由于接触面积的增加(Novais et al ., 2016 d)。这种模式已经观察到使用全美浮尘地质聚合物和红色mud-fly灰地质聚合物,展示优势使用毫米大小的球体pH缓冲材料(Novais et al ., 2020 c)。因此,基于废物地质聚合物,包括那些准备造纸废物,有潜力成为应用pH缓冲材料对沼气生产系统,如厌氧处理。

Novais et al .(2018克)研究了硅酸铝的影响(偏高岭土与来源。粉煤灰)长期复杂的厌氧处理的pH缓冲奶酪乳清。作者测试领域的准备从33 wt. %的FA (MK-based球体)和75 wt. %的FA (FA-based球体)。在厌氧消化池,70天之后的球体向稳定pH值接近这些适合甲烷生产的微生物(Gameiro et al ., 2018)。也使用FA-based球体相比提高了全球甲烷产量30%甲烷生产实现使用MK-based球体(Novais et al ., 2018克)。

球体的孔隙度的影响在长期厌氧甲烷生产从奶酪乳清的系统研究Gameiro et al . (2019,2021)。作者测试了两个厌氧周期,评估领域的能力,不断调节pH值,即使是在紧张的环境条件。FA-based领域测试,孔隙度的增加引起的发泡剂,增强产生的甲烷体积两倍,此外,甲烷产率提高了3倍多,导致一个稳定的厌氧过程后87天的操作(Gameiro et al ., 2019)。作者还测试了性能的高孔隙度相对地质聚合物领域的pH值控制碱性化学物质。再次提出的领域很好的厌氧性能四个周期后,改善生产甲烷产量的25% (Gameiro et al ., 2021)。

还可以使用粉煤灰地质聚合物的生产领域,将铝土矿残渣(或红泥)在他们的作文(Novais et al ., 2018 e)。这样的球体在厌氧消化系统的使用进行了研究Gameiro et al。(2020)在复杂的系统治疗,评估他们的表现奶酪乳清,为110天。赤泥的使用/粉煤灰地质聚合物领域促进了长期的pH值稳定,即使在十一厌氧周期,并提高了94%的甲烷生产,相比,添加化学碱度稳定厌氧系统(Gameiro et al ., 2020)。

全美浮尘地质聚合物领域的使用pH值控制,促进厌氧过程的稳定性是一个创新的和非常有前途的战略,从而促进循环经济的概念,利用废物的生成新的附加值产品和获得可持续的能源,如甲烷。

4.2.5其他应用程序

Modolo et al。(2014)旨在再生的ES流化床为了重新循环材料和部分替代新鲜的床沙的边后卫在工业鼓泡流化床燃烧器。作者观察到,物理、化学和矿物学特征的边后卫和ES是强烈依赖于所使用的森林生物量。然而,作者状态,通过筛选ES可以恢复几乎60%的原始ES粒子(大小介于0.3和1.0毫米),性质使其重用替补的边后卫的床上化妆工业鼓泡流化床燃烧器。

罗西et al。(2019)形成八面沸石和P沸石通过geopolymerization生物质低温粉煤灰浪费在一个密封的容器中。原材料被激活使用硅酸钠和氢氧化钠的混合,然后标本治愈60°C获得zeolite-containing地质聚合物,而过氧化氢被用作porogenic代理。XRD衍射图表明,八面沸石沸石的存在无论H₂O₂内容。P沸石形成没有porogenic代理,导致增加表面积(56.35米²/ g)与样品相比治愈(40.69房间的条件²/ g)。沸石和八面沸石是固化时间和温度的影响。水热条件的治疗是至关重要的发展以来,沸石样品在室温下治愈并没有显示的形成阶段。给出的沸石的机械强度∼10 MPa建议应用程序作为分离膜或过滤器。

4结论

在这项工作中,几个案例研究可能维持价格策略在纸浆和造纸厂产生的废弃物,即生物质飞灰和疲惫的从生物质锅炉和热电厂金沙,石灰泥、粗燕麦粉和少量化学回收周期在卡夫的过程中,生物和造纸工厂从污水处理、污泥。的残留物被成功用于实验室生产新的建筑材料和吸附剂。最大的合并或替代的内容取决于应用程序预期但是一般来说,70 wt. %的废物。此外,一般,没有应用到废物预处理步骤以缓解其过渡到工业应用。

尽管这里给出的有前景的结果,应该注意的是,一个最大的约束与发展相关的各种应用程序与垃圾的属性的变化随着时间的推移,主要化学成分,所示的结果表1。这些变化将使它更困难,工业规模、废物的成分随时间变化到新的产品。未来的方法涉及到生命周期评估(LCA)的研究,这可能会鼓励很多的翻译研究工业规模。此外,经济和环境分析应该做决定的最大公司每个浪费为目标应用程序的水平。

然而,这种创新的方法是一个更可持续的替代常用的废品,因为它允许减少消费自然原材料和有助于建立循环经济模式。

作者的贡献

杰、女士和RN导致概念、设计和研究资金。IV和TG写了初稿的手稿。MC, JC, AC, CN写的手稿。所有作者贡献的最后修订提交版本。

资金

这项工作是在开发项目的范围CICECO-Aveiro材料研究所/ 50011/2020,选答UIDP / 50011/2020和LA / P / 0006/2020,由国家资助基金通过FCT / MEC (PIDDAC)。

确认

作者要感谢项目ERA-MIN / 0001/2019 (SMART-G-Smart地质聚合物)和最大(ptdc - ctm - ctm - 2205 - 2020)支持基础科学和技术(FCT)。JC (SFRH / BD / 144562/2019)要感谢Fundacao对位Ciencia e Tecnologia (FCT)支持他的工作。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

引用