地質(zhì)聚合物通常是由富含鋁硅酸鹽的前驅(qū)材料與堿性溶液反應(yīng)合成，合成過程一般包括在腐蝕性環(huán)境中從富含鋁硅酸鹽的前驅(qū)材料中溶解出硅和鋁，然后將硅和鋁離子凝膠化形成單體，繼而縮聚形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的地質(zhì)聚合物。與混凝土材料相比較，地質(zhì)聚合物表現(xiàn)出更高的強度、耐久性和耐高溫性能，具有替代水泥作為可持續(xù)土工材料的潛力。污泥焚燒灰是高溫焚燒市政污泥而產(chǎn)生的殘渣，其資源化利用決定了污泥焚燒技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

　　污泥焚燒灰中含有大量的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈣，是一種潛在的地質(zhì)聚合物前驅(qū)體。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科研人員將污泥焚燒灰和偏高嶺土混合，采用NaOH和Na2SiO3作為激發(fā)劑，通過干拌法制備了地質(zhì)聚合物（圖1）。該方法避免了污泥焚燒灰強吸水性對地質(zhì)聚合物性能的劣化效應(yīng)，既節(jié)約了自然資源，又減少了固廢對環(huán)境的污染。

圖1 污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物固化劑的合成和優(yōu)化

　　該成果揭示了Na2O/SiO2摩爾比為0.30和SiO2/Al2O3摩爾比在3.00~3.60范圍內(nèi)，地質(zhì)聚合物的抗壓強度最高；同時，樣品在40 ？C保存7天再在室溫保存有助于進一步提升地質(zhì)聚合物的抗壓強度;該地質(zhì)聚合物的主要反應(yīng)產(chǎn)物為鈉鋁硅酸鹽凝膠（圖2）;另外，浸出毒性實驗表明，污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物浸出液中重金屬濃度沒有超過規(guī)定的限值，不具有環(huán)境風(fēng)險。該項研究將污泥焚燒灰轉(zhuǎn)化為綠色建筑產(chǎn)品的同時，能夠有效地固化/穩(wěn)定化污泥焚燒灰中的污染物，具有廣泛的應(yīng)用價值。

圖2污泥焚燒灰基地質(zhì)聚合物固化劑的抗壓強度及微觀結(jié)構(gòu)

　　相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項目（5186116515104）的資金支持，成果論文發(fā)表于該領(lǐng)域重要期刊Applied Clay Science。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106271

(文/圖 環(huán)境土力學(xué)與工程組）