浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用
粉煤灰基地质聚合物是一种利用废弃物粉煤灰作为原料进行合成的聚合物材料。粉煤灰是燃煤过程中产生的副产物，具有极高的资源利用价值。而地质聚合物是指在地质环境中形成的具有聚合结构的有机-无机复合材料。粉煤灰基地质聚合物的发展可以追溯到20世纪60年代，至今已经取得了一系列的进展与突破。
粉煤灰基地质聚合物的合成主要通过掺入有机改性剂、硬化剂等添加剂，使其在一定条件下进行化学反应，最终形成三维聚合结构。这种合成方式不仅能够充分利用废弃物粉煤灰资源，还能使其具有一定的耐久性、力学性能和化学稳定性。
进一步研究发现，粉煤灰基地质聚合物具有多种优良的性能，例如高度可控性、较低的毒性和环境友好性、优异的热稳定性等。可以广泛应用于建筑材料、环境修复、地质工程、水资源利用等领域。
在建筑材料方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于制备水泥、混凝土、砖瓦等材料。与传统的水泥材料相比，粉煤灰基地质聚合物具有更高的强度和耐久性，同时能够有效减少环境污染和能源消耗。
在环境修复方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于处理废水、重金属污染物、土壤污染等。研究表明，粉煤灰基地质聚合物可以有效吸附有害物质，降低环境污染。
在地质工程方面，粉煤灰基地质聚合物可以用于填充、加固地下空洞、土体固结等。由于其具有较高的强度和耐久性，可以提高土体的稳定性，增加地质工程的安全性和可持续性。
总结来看，粉煤灰基地质聚合物的发展经历了多年的探索和实践，取得了一系列的进展。目前粉煤灰基地质聚合物的应用仍处于起步阶段，与传统材料相比，仍存在一定的技术和经济上的难题。今后的研究工作应该进一步深入，加强与传统材料的比较，探索更多的应用领域和可能性。最终，将粉煤灰资源充分利用，为可持续发展做出更大的贡献。
粉煤灰地聚合物材料性能及应用的研究进展 俞华栋 【摘要】粉煤灰地聚合物在微观结构上与传统偏高岭土基地聚合物相似,但制备成本大幅降低,且某些性能甚至还会超越偏高岭土基地聚合物,因此受到国内外学者的高度关注.针对粉煤灰基地聚合物反应机理,着重介绍了粉煤灰特性、激发剂及水组分含量对所得地聚合物性能的影响,阐述了粉煤灰地聚合物在处置利用固废中的应用. 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2018(044)016 【总页数】3页(P81-83) 【关键词】粉煤灰;地聚合物;性能 【作者】俞华栋 【作者单位】浙江天地环保科技有限公司,浙江杭州 310018 【正文语种】中文 【中图分类】TU502 地质聚合物(Geopolymer，简称地聚物)是一类新型的无机胶凝材料，主要通过含铝硅酸盐的矿物在碱性环境中反应生成无机聚合物[1]。地聚合物拥有无规则的三维网状结构，其主体由硅氧四面体、铝氧四面体构成，空隙中填充了碱金属离子。其链接结构以离子键和共价键为主，范德华力、氢键为辅，同时具有高分子材料、
水泥及陶瓷材料的结构特点。因此地聚物可呈现出良好的力学性能、耐久性、耐化学腐蚀、耐高温和环境友好等优点[2]，在耐火隔热材料、建筑材料、重金属固化 和核废料固封等方面得到广泛的应用[3,4]。 与传统的胶凝材料相比，可以用于制备地聚合物的原料包容度高。富含硅铝成分的矿物、固废、尾矿，如粉煤灰、矿渣和煅烧高岭土等均用作制备地聚合物的原材料。此外，其制备工艺简单，制备过程的能耗低。在常压条件下，通过使用一些激发剂还可促使其强度快速发展，整个环节的碳排放量仅为传统硅酸盐水泥的10%～20%，因此，地聚物是一类优秀的绿色建筑材料[2]。 1 地聚合物制备 出于绿色环保的考虑，现阶段制备地聚合物的原料为多种含铝硅酸盐矿物和工业固体废弃物。在碱激发条件下，一些典型矿物的活性顺序按以下顺序依次增大：高岭土、火山灰、粉煤灰、炉渣、沸石、偏高岭土[5]。由于粉煤灰(含有SiO2和 Al2O3)与天然铝硅原材料在组成及结构上的相似性，其成为制备地聚合物一种原 材料。研究发现由粉煤灰制备的地聚合物在微结构上与煅烧高岭土相似，这样不仅大幅降低了制备成本，对其产品性能优化也有潜在的益处。尤其是粉煤灰制备地聚合物可显著降低有毒有害重金属离子的浸出后[6]，使其得到了更广泛的关注和研究。 2 粉煤灰地聚合物性能影响因素 2.1 粉煤灰特性 粉煤灰通常可分为高钙灰(C级)和低钙灰(F级)。我国所产大部分为低钙粉煤灰， 其玻璃体网络结构较完整。即使在水泥水化形成的碱性环境中，其结构也较难解离，水化活性较低。作为地聚合物的原料，C级和F级灰均可使用。只是随着粉煤灰中CaO含量增加，其制备地聚合物的强度发展速度更快，最终强度也有所增加。Slavik等[7]用循环流化床煤炉粉煤灰(17.9%CaO)制备的地聚合物，28 d抗压强
粉煤灰基地聚合物研究进展综述 摘要：粉煤灰主要是煤粉燃烧后，从烟道气体中收集的飞灰（Fly ash）。我国火 力发电厂多使用煤炭，每年产生大量粉煤灰。本文简要阐述粉煤灰的性能，从三 个方面对比了绍兴二级、三级粉煤灰，并综述粉煤灰的工程应用现状。 关键词：粉煤灰；地质聚合物；软土加固剂；固化重金属 1 引言 粉煤灰是煤粉经预热空气喷送炉膛高温燃烧后从烟道中收集的飞灰。粉煤灰 经碱激发形成的地质聚合物具有高强、环保、耐酸碱等优良性能。地聚物的原理 可追溯到上世纪40年代，美国科学家Purdon首次提出了碱激发铝硅酸盐黏结剂 的硬化机理，法国科学家Joseph Davidovits（1994）使用碱激发偏高岭土来制备 地聚物（geopolymer），首先提出了地聚物的概念并且沿用至今。新世纪以来国 内外越来越多的研究者开始研究钢渣、煤矸石等工业废料作为被激发的固态粉料，这其中较为成熟的就是粉煤灰。 2 粉煤灰基地聚合物研究进展 2.1固化、吸附重金属 地聚合物具有较高的阳离子交换能力，且凝胶内的化学结构本身带负电荷容 易吸附正电金属阳离子，对Cd、Ni、Pb(II)、Cu(II)、磷酸盐、氮氧化物、硼、氟 化物、137Cs和90Sr的放射性核素均有净化效果。有文献认为致密的地聚物有助 于防止重金属浸出，也有文献使用双氧水制造孔隙粉煤灰地聚物（含铁矿石尾矿）孔洞得出孔隙的增多有助于对提高对重金属（cu2+）的吸附。不少研究通过改变 地质聚合物的形状成粉末、球形、珠状和海绵合成纤维来增大接触面积提高吸附 或者固化重金属的效率。这可能和重金属是被固化还是吸附、是处理污染土还是 污染水以及固化的方式有关，地聚物对某些金属离子（Cr3+、Cd2+和Pb2+）的固化既存在被网状结构吸附包裹的物理固化也存在与碱液反应生成沉淀或者被带负 电的地聚物凝胶吸引形成化学固化。但针对Pb金属粉末用粉煤灰基地聚合物固 化时发现Pb金属粉末主要被物理固化，并不与地聚物凝胶发生反应。 Nikolic等使用机械活化过的粉煤灰（低钙）和未经过机械活化的粉煤灰碱激 发制作地聚物进行比较，掺入砂子与硝酸铅，以可溶性盐的形式判断粉煤灰基地 聚物对Pb的固化效果并研究其强度。结果显示经机械活化的粉煤灰随着Pb的加 入增多固化效果更为显著，这是因为机械活化过程打碎了粉煤灰颗粒使得反应表 面积更大，参与反应的颗粒更小导致粉煤灰间的缝隙更小，生成的地聚物更为致 密固化效率更高。此外机械活化粉煤灰的1day脱模强度远大于未活化的粉煤灰 样品到达其30倍，28d的强度也有所提高。这是因为室温条件下未活发粉煤灰地聚反应较慢而活化粉煤灰拥有更大的接触反应面积所以反应更快、强度更高。 2.2耐高温耐酸 将粉煤灰-偏高岭土制作的地聚物与普通硅酸盐水泥（OPC）放在高温与酸溶 液（盐酸、硫酸各2%）中28d后比较抗压强度，结果表明随着温度升高OPC抗 压强度逐渐下降在400℃-500℃的区间下抗压强度从40MPa骤降至10MPa，而地 聚物的强度在400℃之前逐渐上升，升温至1000℃仍然保有40MPa。OPC高温发 生剥落产生裂纹强度下降，而400℃的温度反而使得粉煤灰与偏高岭土反应更为 充分，结构更致密。同样在酸浸条件下，OPC表面发生4mm左右深的腐蚀，OPC 与地聚物均发生强度下降，但在56d后粉煤灰只下降约10%而OPC强度下降了接 近60%，粉煤灰试样的耐酸能力远大于OPC试样[19]。将24h脱模、80℃养护2d
地质聚合物混凝土特性及应用 地质聚合物混凝土（Geopolymer Concrete）是一种新型的混凝土材料，它采用地质聚合物作为主要的水泥替代材料。这种新型混凝土具有较高的强度、耐蚀性、耐高温性和耐 化学腐蚀性，因此在工程建筑和基础设施建设中具有广泛的应用前景。本文将重点介绍地 质聚合物混凝土的特性及其在工程领域的应用。 地质聚合物混凝土是一种由无机材料形成的具有结晶性的硬化材料，其主要原料是粉 煤灰和硅酸盐。地质聚合物混凝土与传统的水泥混凝土相比，具有以下显著的特点： 1. 环保性：地质聚合物混凝土采用无机材料作为主要原料，不需要烧结，生产过程 中不会产生大量的二氧化碳，因此具有较低的碳排放。由于地质聚合物混凝土可以利用废 弃材料作为原料，能够有效减少资源浪费，具有较好的环保性。 2. 高强度：地质聚合物混凝土在28天龄期内的抗压强度可以达到60MPa以上，远高 于传统水泥混凝土。这种高强度使得地质聚合物混凝土在承担大型工程和重要基础设施的 建设时具有很大的优势。 3. 耐久性：地质聚合物混凝土具有较好的抗蚀性能，能够很好地抵抗盐渍土、酸雨、高温等环境的侵蚀。地质聚合物混凝土中的硅酸盐基体可以有效抵抗碳化和氯离子侵蚀， 延长混凝土的使用寿命。 4. 耐高温性：地质聚合物混凝土可以在高温环境下保持较好的强度和稳定性，具有 抵抗火灾的能力。这使得地质聚合物混凝土在建筑物的防火结构、高温场所的建设等方面 具有重要应用价值。 由于以上特点，地质聚合物混凝土在工程建筑、交通基础设施、水利工程、海洋工程 等领域具有广泛的应用前景。在特殊环境下的建筑物（如盐碱地区、酸雨较为严重的地区等），地质聚合物混凝土能够有效抵御腐蚀，提高建筑物的使用寿命；在高速铁路、桥梁、隧道等交通基础设施建设中，地质聚合物混凝土可以提供更为安全、稳定的基础设施支撑；在水利工程和海洋工程中，地质聚合物混凝土能够很好地抵抗水的侵蚀和冲击，保障工程 的安全和稳定。 除了以上应用领域外，地质聚合物混凝土还具有很大的推广空间。例如在建筑材料行业，地质聚合物混凝土可以应用于各种建筑构件的生产，如地质聚合物混凝土砌块、地质 聚合物混凝土管道等，提高建筑材料的质量和耐久性；在环保行业，地质聚合物混凝土的 推广应用可以减少水泥生产的二氧化碳排放，有利于减缓全球变暖的趋势。
题目：Application & Development of Geopolymer Technology 主讲人：David T.W. Cheng教授 时间：2014年6月25日 地点：国际处多功能厅 本讲内容是由台北科技大学的David T.W. Cheng教授讲述了他和他的团队利用高炉渣制做地聚合物，该种地聚合物有良好的性质，并且得到了广泛的应用。 David T.W. Cheng教授和他的团队，使用高炉渣进行制备地聚合物，在制备 过程中对高炉渣并不做要求，即高炉冶炼过程中产生的高炉渣都可以用来制备地聚合物。通过调节制备过程中硅酸钠的配比来改变地聚合物的性能。 地质聚合物是一类新型的胶凝材料，其发展起源于前苏联科学家在世纪五六十年代对碱激活矿渣的富有成效的研究。而在世纪七八十年代，法国科学家对这类材料进行了深人系统的研究，发现在碱激活的条件下以锻烧粘土为主要原料合成的新材料具有优异的性能。他在热忱地向工业界推介这类材料的过程中，发现人们多以为这类材料是一种改性的水泥，而忽略了这类材料与水泥的根本性区别。有鉴如此，他发明了“Geopolymer”这一名词以强调其与水泥的不同。其中词头“geo-”表示这类材料的主要成分与粘土类似，即以铝-硅-酸盐为主，而“-polymer”则表示这类材料在性质上具有如某些有机聚合物一样的胶粘性质，同时在结构上有与热固性有机聚合物相类似的网络结构。目前我国研究者将“Geopolymer”翻译成“土壤聚合物”、“地聚合物”或“地质聚合物”。显然地质聚合物一词更易于理解，也更贴切于原意。 地聚合物是建筑材料中一种新型碱激发无机聚合胶凝材料，主要以无机SiO4、AlO4四面体组成的空间三维网状键接结构的新型胶凝材料。地聚合物原材料的制备过程中CO2和工业三废的排量以及能耗方面都比普通硅酸盐水泥更具有环境协调性。故地聚合物是一种“绿色环保材料”，当前可持续发展形势下此种绿色环保材料有极大的发展空间。 地聚合物缩聚分子的结构通式为M n[-(Si-O2-)z-Al-O-]n·wH2O，式中“M”表示Na和/或K，“n”表示缩聚度，“z”表示的硅铝比(一般z=1、2、3)，“w”表示化学结合水的数目（w约为7）。在地聚合化过程完成之后，地聚合物体系中存在[SiO4]4-和[AlO4]5-四面体两种基团，然而任意两个[AlO4]5-基团是不能通过一个桥氧连接在一起，在内部必须以单个形式和四个[SiO4]4-通过搭接桥氧相结合，而在表面则是与一到三个[SiO4]4-结合，即SiQ4(4Al)、SiQ4(2Al)和SiQ4(4Si)，地聚合物内部组成物质具有类沸石结构。 地聚合物特殊的结构特征使其具有类似与水泥混凝土、陶瓷和有机高分子聚合物的某些特征，具体优点如下所示： 1、力学性能良好，例如王玉江教授等使用含Na2O（8%）的碱性激发剂，激发 偏高岭土，制的了28天强度达106MPa的地质聚合物。 2、早强快硬性，地聚合物具有早起强度高，凝结时间快的特点，在环境温度为25℃时，碱激发偏高岭土地聚合物4h的抗压强度可达到87.5MPa，7d强度可以到达到137.6MPa，而且凝结时间随着温度的升高逐渐缩短。 3、耐腐性良好，在王恩等人的研究中提到，地聚合物在5%的硫酸溶液中，分解率只有硅酸盐水泥混凝土的1/13，在5%的盐酸溶液中其分解率只有硅酸盐水泥混凝土的1/12。
地质聚合物 姓名:黄宇文班级BG0906 摘要：地质聚合物是一类新发展起来的，兼有有机物、陶瓷、水泥的特点，又具有独特优异性能的新型胶凝材料。本文介绍了地质聚合物的反应机理、研究进展及开发应用。 关键词：胶凝材料地质聚合物碱激活反应机理 地质聚合物（Geopolymer）是近年来国际上研究非常活跃的非金属材料之一。它是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地质聚合物(Geopolymer)的概念在上个世纪70年代末首先由J.Davidovits提出。该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。其英文的同义词还有Mineral Polymer，Geopolymeric Materials，Aluminosilicate Polymer，Inorganic Polymeric Materials等。中国地质大学的马鸿文教授建议将其译为“矿物聚合材料”。鉴于在国外Geopolymer一词使用最为广泛和我国早期介绍该材料的一些学者已将其称为“地质聚合物”，本文建议我国使用“地质聚合物”一词作为该材料的正式中文名称，并与Geopolymer 相对应。 地质聚合物被认为是由地球化学作用(Geochemistry)或人工模仿地质合成作用(Geosynthesis)而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。这种人造岩石具有天然岩石一样的硬度、耐久性和热稳定性。 地质聚合物具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点引起了国内外材料专家的极大兴趣。 1 地质聚合物的反应机理 法国J. Davidovits提出的“解聚—缩聚”机理，他认为地质聚合物的形成过程为：铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程，反应以水为传质，在碱性催化剂的作用下铝硅酸盐矿物的的硅氧键和铝氧键断裂，发生断裂—重组反应；形成一系列的低聚硅（铝）四面体单元，聚合后又将大部分水排除，少量水则以结构水的形式取代[SiO 4 ]中一个O的位置，最终生成Si—O—Al的网络结构。聚合作用过程即各种铝硅酸盐（Al 3+ 呈Ⅳ或Ⅴ次配位）与强碱性硅酸盐溶液之间的化学反应。 以上聚合反应表明，任何硅铝物质都可作为制备人造矿物聚合物材料的原料。 现在大多数的研究者的理论都以J. Davidovits的理论作为地质聚合物反应机理的基础。这些理论的共同点在于地质聚合物的形成是铝硅酸盐在碱性条件下生成水合物后，水合物在进行缩水聚合生成聚合物。当地质聚合物的添加成分较复杂时，则添加成分的离子在硅铝网络结构中所占据的位置不同而得到不同性质的地质聚合物。 2 地质聚合物研究进展 20世纪30年代，美国的Purdon在研究了波特兰水泥（普通硅酸盐水泥）的硬化机理时发现，少量的NaOH在水泥硬化过程中可以起催化剂的作用，使得水泥中的硅、铝化合物比较容易溶解而形成硅酸钠和偏铝酸钠，再进一步与Ca(OH) 2 反应形成硅酸钙和铝酸钙矿物，使水泥硬化并且重新生成Na(OH)再催化下一轮反应，因此他提出了所谓的“碱激活”理论。 在这以后，前苏联投入了大量的人力、物力对碱激活材料进行了系统的研究。他们发现除了氢氧化钠以外，碱金属的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硅酸盐和铝硅酸盐等都可以作为反应的激活剂。到了1972年，法国的J.Davidovits教授申请了地聚合物历史上的第一篇关于用高岭土通过碱激活反应制备建筑板材的专利。之后世界许多国家的专门机构都在致力于地质聚合物材料内部结构和反应机理的研究，并对其优异性能的应用前景进行了乐观的预测。20世纪90年代后期，Van Jaarsveld和V an Deventer等致力于由粉煤灰等
浅谈粉煤灰基地质聚合物的发展进程及应用 粉煤灰基地质聚合物（Geopolymer）是一种新型的无机聚合物材料，其由粉煤灰和碱性激发剂（如NaOH和Na2SiO3）通过碱激发反应制备而成。粉煤灰是一种工业废弃物，具有高活性和硅酸铝化合物的特点，可作为主要原料用于制备地质聚合物材料。 粉煤灰基地质聚合物的发展进程可以追溯到20世纪80年代。当时，澳大利亚学者Joseph Davidovits首次提出了地质聚合物这一概念，并研究了以粉煤灰为原料的聚合物材料制备方法。随后，地质聚合物被广泛研究和发展，不断探索了不同的制备方法和应用领域。 粉煤灰基地质聚合物的制备方法主要有两种：热激发法和机械激发法。热激发法将粉煤灰和碱性激发剂在高温下反应，形成聚合物凝胶体系；机械激发法则通过机械搅拌将粉煤灰和碱性激发剂激发反应，形成聚合物凝胶体系。这两种制备方法各有优劣，可以根据具体需求选择适合的方法。 粉煤灰基地质聚合物具有很多优异的性能和应用特点。它具有优良的耐酸碱性能，可以耐受酸碱环境的侵蚀，适用于各种腐蚀性介质的管道和容器材料。它具有良好的绝缘性能，可以用作隔热材料和电气绝缘材料。它还具有良好的抗压强度和抗冻融性能，适用于道路、桥梁和建筑材料。 粉煤灰基地质聚合物的应用领域广泛，主要包括建筑材料、耐腐蚀材料、环境修复材料和核燃料储存材料等方面。在建筑材料中，地质聚合物可用于制备混凝土、砖瓦和隔热材料等。在耐腐蚀材料中，地质聚合物可用于制备耐酸碱管道和容器等。在环境修复材料中，地质聚合物可用于处理废水和废气等。在核燃料储存材料中，地质聚合物可用于制备核燃料储存容器等。 粉煤灰基地质聚合物是一种具有广泛应用前景的新型材料。通过不断的研究和发展，粉煤灰基地质聚合物的制备方法和应用领域将会更加丰富和多样化，为工程和环境领域提供更多的选择和解决方案。
地质聚合物混凝土研究现状 地质聚合物混凝土是一种新型的高性能建筑材料，具有优异的力学性能、耐久性和环保性。本文将介绍地质聚合物混凝土的研究现状，包括其组成、制备方法、性能、应用前景等方面，并指出存在的问题和未来需要解决的问题，同时探讨未来的研究前景和方向。 随着人们对环境保护和可持续发展的日益，寻找一种高性能、环保的建筑材料成为了迫切的需求。地质聚合物混凝土作为一种新型的高性能建筑材料，具有优异的力学性能、耐久性和环保性，引起了人们的广泛。其应用前景广泛，可用于桥梁、道路、隧道、建筑等领域，替代传统的混凝土材料。 然而，地质聚合物混凝土目前仍面临着制备工艺复杂、成本较高、性能有待进一步提高等问题。因此，对地质聚合物混凝土的研究具有重要的现实意义和实际应用价值。 地质聚合物混凝土主要由无机材料、有机材料和高分子材料组成。其中，无机材料通常包括砂、石、水泥等，有机材料和高分子材料则包括聚合物、树脂、橡胶等。这些材料通过复合作用，形成一种具有高性能的新型混凝土材料。
目前，地质聚合物混凝土的制备方法主要包括以下几种： （1）预聚合法：将聚合物单体预先与水泥、砂、石等无机材料混合，然后通过加热、加压等方式进行聚合反应，形成高分子聚合物混凝土。（2）乳液法：将聚合物乳液与水泥、砂、石等无机材料混合，通过搅拌、成型等工艺制备出聚合物混凝土。 （3）热压法：将聚合物粉末与水泥、砂、石等无机材料混合，然后在高温高压下进行聚合反应，制备出聚合物混凝土。 然而，现有的制备方法仍存在工艺复杂、成本高、制备的混凝土性能有待进一步提高等问题。 地质聚合物混凝土具有许多优异的性能，如高强度、高韧性、耐腐蚀、耐久性强等。其力学性能和耐久性均优于传统混凝土材料。地质聚合物混凝土还具有很好的环保性，可有效降低碳排放，符合可持续发展的要求。 然而，地质聚合物混凝土在耐高温性能、电学性能等方面仍存在一定的局限性，需要进一步改进和优化。 为了克服现有研究的不足，研究者们不断探索新的制备方法和添加材
地质聚合物的性能与应用发展前景
地质聚合物的性能与应用发展前景 摘要 地质聚合物是一种新型高性能胶凝材料。由于其特殊的缩聚三维网络结构，使其在众多方面具有高分子材料、水泥和陶瓷等材料的特征。综述了国内外地质聚合物的制备研究及聚合反应机理，概述了地质聚合物具备的性能特点及其在土木工程、快速修补和有毒废料及放射性废料处理等领域广阔的应用发展前景。 关键词：地质聚合物聚合反应机理应用发展前景 第 2 页
目录 1 绪论 (4) 1.1地质聚合物的简介 (4) 地质聚合物的概念 (4) 地质聚合物的结构 (4) 地质聚合反应机理 (5) 2 地质聚合物的性能特点 (6) 2.1高强度 (6) 2.2强的耐腐蚀性和较好的耐久性 (6) 2.3快硬早强 (6) 2.4耐高温 (7) 2.5渗透率低，耐冻融循环 (7) 2.6良好的界面结合能力 (7) 3 地质聚合物的应用发展前景 (7) 3.1 开发土木工程材料和快速修补材料 (7) 3.2 开发优质地质聚合物基涂料 (8) 3.3 开发工业有毒废渣和核废料固封材料 (8) 3.4 开发化学键合陶瓷 (8) 3.5 开发地质聚合物复合材料 (9) 3.6 开发防火和耐高温材料 (9) 4 结语 (9) 第 3 页
1 绪论 1.1地质聚合物的简介 地质聚合物的概念 地质聚合物（Geopolymer）原意指由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的铝硅酸盐矿物聚合物，其基本结构是由硅氧四面体和铝氧四面体聚合的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。 聚合物的结构 地质聚合物具有以硅氧四面体和铝氧四面体为骨架组成的三维网状凝胶结构，其经验化学式为Mn［-(SiO2)Z-AlO2］n·wH2O。其中M为碱金属和金属阳离子等，n为聚合度数，Z为1、2、3等整数。同时，地质聚合物具有类沸石笼状结构，地质聚合物与沸石在结构上的主要区别在于地质聚合物是一种无定形体，而沸石是一种结晶态物质。因为有着与沸石类似的结构和制备方法，许多文献报道了在地质聚合物样品中出现了一定量的沸石相。依据Z值的不同地质聚合物可以分为PS、PSS和PSDS型，它们的结构如图1所示。 图1地质聚合物PS、PSS和PSDS结构图 通过投射电镜分析（TEM）可知地质聚合物具有孔径分布较宽的多孔结构。地质聚合物凝胶体是由直径为5-10nm的一次凝胶颗粒构成，而这些颗粒又围 第 4 页
一种生态友好粉煤灰基地质聚合物的合成及光催化性能 张耀君;张科;康乐;张力 【摘要】以乌洛托品为孔形成剂,制备出孔结构可调控的粉煤灰基地质聚合物;通过半导体耦合设计,合成出In2O3和NiO双负载粉煤灰基地质聚合物催化剂;采用XRF、TGA/DSC、FESEM、XRD、FT-IR、UV-Vis等对催化剂的组成、结构及性能进行表征,考查了该催化剂体系对模拟印染废水的光催化降解活性、降解机理及反应动力学.结果表明:孔形成剂的掺入能够显著地改善地质聚合物的孔结构,调变BET比表面积及介孔体积;双负载5％ In2O3及1％ NiO的粉煤灰基地质聚合物催化剂对碱性品绿染料的最高降解率(95.65％),归因于In2O3与NiO形成的p-n结半导体耦合体系以及In2O3与PAFAG载体之间产生强相互作用,改善了光生电子-空穴对的分离效率,从而提高了光催化染料降解活性. 【期刊名称】《无机化学学报》 【年(卷),期】2017(033)001 【总页数】10页(P16-25) 【关键词】铝硅酸盐;半导体;光催化;粉煤灰基地质聚合物;染料降解 【作者】张耀君;张科;康乐;张力 【作者单位】西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安710055;西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安710055;西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安710055;西安建筑科技大学材料与矿资学院,西安710055 【正文语种】中文
【中图分类】TQ536.4 粉煤灰是火力发电厂的粉煤在燃煤锅炉内燃烧后，经收尘器收集的细灰，是热电厂排放的主要固体废弃物。随着国民经济发展对电力需求的增加，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，2013年，我国粉煤灰的排放量约5.8亿吨[1]，2014年约5.78亿吨[2],2015年约6.2亿吨[3]；据不完全统计，中国粉煤灰堆积总量已超过30亿吨，占地面积500km2以上，给国民经济建设及生态环境造成巨大压力[4-5]。目前，我国粉煤灰综合利用主要集中在生产水泥、商品混凝土、墙体材料、筑路工程、回填等领域[1]。受基础设施建设和房地产行业影响，我国建材行业市场下滑严重，直接造成粉煤灰市场需求下降。近年来，以粉煤灰为原料与碱性激发剂溶液反应制备碱激发粉煤灰基地质聚合物胶凝材料,因其具有工艺简单、无需烧制、成本低廉、环境友好，具有固体废弃物规模化资源循环利用等特点，可实现煤炭与电力行业的可持续发展而备受关注[6]。 由于表面张力作用，粉煤灰大部分呈球形颗粒，其化学结构主要由颗粒内部的石英、莫来石晶相及颗粒表面的硅酸盐玻璃体所组成[7]。由于玻璃体的活性高，在强碱 性激发剂NaOH、KOH或Na2SiO3的作用下,低钙粉煤灰中的硅酸盐玻璃体解聚，形成硅酸盐或铝酸盐的寡聚体、二聚体或单体；在碱性环境下，这些解聚的小分子重新发生缩聚反应生成由[SiO4]4-四面体和[AlO4]5-四面体通过桥氧键连接的-Si-O-Al-的网络结构[8]；粉煤灰基地质聚合物是一种新型的无定形或半晶体的无机聚合物，具有高的力学性能[9-11],耐酸碱腐蚀[12-14]、抗海水侵蚀以及耐氯离子渗透[15]等耐久性能；在特定的条件下，可替代水泥作为混凝土路面材料、固化有毒、有害及放射性核废料[16-17]。将其作为一种先进的光催化材料用于染料废水降解 是粉煤灰基地质聚合物新的应用途径[18]。 本文首次报道了以乌洛托品为孔形成剂，制备出孔结构可调控的高抗压抗折强度的粉煤灰基地质聚合物试块，通过半导体耦合设计，合成出In2O3和NiO双负载粉
地质聚合物的聚合机理及其应用前景 摘要：地质聚合物材料由于其高性能、低成本、制备工艺简单等特点近年来备 受关注。本文从组成结构、聚合机理、材料特点以及应用前景等方面对地质聚合 物进行综合论述。 关键词：地质聚合物；反应机理；材料性能 ABSTRACT：Geopolymer materials have attracted much attention in recent years due to its high performance，low cost，simple preparation process.The structure，reaction mechanism，material properties and development prospects of the Geopolymer materials were discussed in this paper. KEY WORDS：Geopolymer；Polymerization mechanism；material properties 引言 地质聚合物是一类具有从无定形到半晶质状态的三维网状立体结构的新型铝硅酸盐无机 聚合物材料。法国著名材料学家JesophDavidovits 1978年首次把这种材料命名为“geopolyiners[1]”。而这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的 以硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体。 1 地质聚合物的组成结构 在地质聚合物中，硅、铝元素和氧以四配位的形式存在，形成硅氧四面体（[SiO4]）和铝 氧四面体（[A1O4]）两种基本的结构单元。硅氧四面体单元和铝氧四面单元通过桥氧相互连接，即共享一个氧原子。其中，硅氧四面体呈电中性，铝氧四面体（+3价，四配位）呈电负性。Na+、K+、Ca2+等金属阳离子被吸附在分子键的周围，存在于三维网络结构的空腔中， 以平衡铝原子所带的负电荷，使整个三维结构体系呈电中性[2]。 2地质聚合物的聚合机理 目前，关于地质聚合物的反应机理仍然是一个有待完善的问题，特别是在不同的体系和 组成相对较复杂的体系中更是如此[3]。Davidovits和Deventer把地质聚合物反应机理分成三 个步骤[1，4]：（1）固体矿物中的硅和铝在OH-的作用下溶出；（2）溶出的硅酸根离子和铝酸根离子通过扩散、定位和缩聚形成聚合物单体；（3）聚合物单体通过缩聚连接成高分子 聚合物。其反应方程式以偏高岭土在NaOH或KOH溶液中的反应为例，用公式表达如下[5]：（1）溶解过程： （2）单体重构过程 （3）缩聚过程 3地质聚合物的性能特点 （1）环境友好型材料 地质聚合物的生产主要以煤系高岭土、粉煤灰、矿物废渣、煤矸石等固体废弃物为原料，地聚反应过程是由铝硅酸之间的脱水反应，这个反应在强碱性条件下是可逆的；另一方面， 原料变成产物，除了脱水外没有损失其他的物质。地聚合物废料经粉碎后，可以直接当作原 料再来制各地聚合物材料，并且生产过程中不使用不可再生的石灰石资源，可大大降低CO2 的排放量，这样就节省了大量的原材料、能源并减弱“温室效应”。 （2）固定有毒金属离子能力强 地质聚合物的结构是由环状分子链构成的“类晶体”结构。环状分子之间结合形成密闭的 空腔（笼状），可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内；同时骨架中的铝离子也 能吸附金属离子；Mallow[6]认为金属离子还参与了地聚合物结构的形成，因此可以更有效地
地质聚合物混凝土 地质聚合物混凝土是一种新型的建筑材料，具有优异的性能和广泛 的应用前景。地质聚合物是一种通过地球化学和地质学研究所发现的 天然高分子聚合物，其在混凝土中的应用可以显著提升混凝土的强度、耐久性和抗裂性能。本文将介绍地质聚合物混凝土的特点、优势以及 在建筑领域的应用。 一、地质聚合物混凝土的特点 地质聚合物混凝土具有独特的特点，使其成为一种理想的建筑材料。 1. 高强度：地质聚合物混凝土相比传统混凝土具有更高的强度，能 够承受更大的荷载和压力。 2. 耐久性：地质聚合物混凝土在恶劣的环境条件下表现出优秀的耐 久性，能够抵抗腐蚀、酸碱侵蚀等。 3. 抗裂性能：地质聚合物混凝土具有较好的抗裂性能，能够有效防 止混凝土裂缝的发生，提高结构的稳定性。 4. 绿色环保：地质聚合物是一种天然的高分子材料，与环境无害， 符合可持续发展的要求。 二、地质聚合物混凝土的优势 地质聚合物混凝土相较于传统混凝土具有以下几个方面的优势。 1. 节约资源：地质聚合物是一种天然存在的聚合物，与传统的水泥 相比，不需要消耗过多的原材料。
2. 降低能耗：由于地质聚合物混凝土的制备与传统混凝土相比更简单，可以降低能耗和制备过程中的环境污染。 3. 提高施工效率：地质聚合物混凝土的性能可调，容易施工，使得 施工过程更加高效。 4. 增加建筑物寿命：地质聚合物混凝土的耐久性能较高，可以有效 延长建筑物的使用寿命。 三、地质聚合物混凝土在建筑领域的应用 地质聚合物混凝土广泛应用于建筑领域，其应用范围涵盖了各种建 筑结构和构件。 1. 耐久性要求高的建筑结构：地质聚合物混凝土在一些耐久性要求 较高的建筑结构中得到了广泛应用，例如大型水坝、高楼大厦等。 2. 港口、码头工程：地质聚合物混凝土在港口、码头工程中的应用 可以提供良好的耐水性和抗冻性，能够承受海洋环境的侵蚀。 3. 隧道和地下工程：地质聚合物混凝土的高强度和耐久性使其成为 隧道和地下工程中的理想材料，能够提供更好的工程保障。 4. 环境友好型建筑：地质聚合物混凝土可以用于环保型建筑的建造，符合绿色节能的要求。 四、地质聚合物混凝土的未来发展趋势 地质聚合物混凝土作为一种新兴的建筑材料，未来具有广阔的发展 前景。
地质聚合物的性能与应用发展前景 概述 聚合物是指由一个或多个单体通过化学反应形成的高分子化合物。在地质领域，聚合物主要用于地质材料的改良、修复和加固。地质聚合物一词广泛应用于地下工程、建筑工程等领域，有着广阔的应用前景。 地质聚合物的性能 地质聚合物作为地质材料的一种，具有以下优异的性能： 抗渗透性 地质聚合物具有优秀的渗透阻力和隔水性能，可以有效防止地下水和沉积物的 渗透，维持地基的稳定性和塑性。此外，地质聚合物还具有很强的耐酸碱、耐腐蚀、防锈等性能。 抗压性 地质聚合物具有良好的抗压强度和韧性，可以增加地基的承载能力和变形能力，从而提高地基的稳定性和抗震性能。 可塑性 地质聚合物具有较好的可塑性和可形变性，可以按照地基的形状和特性进行调 配和应用，达到最佳的加固效果。 可持久性 地质聚合物具有良好的耐久性和稳定性，可以长期保持其加固和修复效果。 地质聚合物的应用 地质聚合物在地下工程、建筑工程等领域的应用越来越广泛。主要应用包括： 坑道修复和加固 地质聚合物可以用于地下隧道、管道等工程的补强和修复，增加其抗压和防水 能力，确保工程的安全性和稳定性。
地基处理和压实 地质聚合物可以用于地基处理、压实等工程，增加地基的承载能力和稳定性，减少地基沉降和地震造成的损失。 岩土固化和降水 地质聚合物可以与水泥、石灰等材料配合使用，实现岩土固化和降水等工程需求。 填充调整和修复 地质聚合物可以用于填充调整地基不平整和损坏的部分，修复地表损坏和下沉等工程。 发展前景 随着现代化建设的不断推进，地质聚合物的应用前景更加广阔。未来，地质聚合物的发展重点将放在以下几个方面： 研发新型材料 研发新型地质聚合物材料，提高其抗压、防水、耐酸碱等性能，满足不同工程的需求。 探索新应用领域 探索新的应用领域，如海洋工程、冶金工程等，拓宽地质聚合物的应用范围。 提高应用技术水平 提高地质聚合物的应用技术水平，加强对地质聚合物材料的研究和应用，提升其在地理材料改良、修复和加固领域的作用。 地质聚合物是地质工程中不可或缺的材料之一。其具备抗渗透、抗压、可塑性和耐久性等卓越的性能，具有广阔的应用前景。在未来发展中，研发新型材料、探索新应用领域和提高应用技术水平将是发展的重点。
地质聚合物的毕业论文 标题：地质聚合物的应用与研究进展 摘要： 地质聚合物是一类具有地理和化学特征的有机化合物，在地质学领域具有重要的应用价值。本论文综述了地质聚合物的定义、分类、来源及其在地质学中的应用领域，包括岩石学、油气地质学、环境地质学和地质工程学等。此外，对地质聚合物在石油勘探开发中的潜在应用进行了讨论，并对未来地质聚合物研究的发展方向进行了展望。 关键词：地质聚合物，应用，研究进展，岩石学，油气地质学 引言： 地质聚合物是一类存在于地质环境中的有机化合物。它们的特征与其在地理和化学上的分布有关。地质聚合物在地质学研究中起着重要的作用，不仅能提供有关地球历史和环境变化的信息，还对石油勘探开发等领域具有潜在的应用价值。本论文旨在综述地质聚合物的定义、分类、来源以及在地质学领域中的应用，为进一步研究和应用地质聚合物提供参考。 一、地质聚合物的定义与分类 地质聚合物是存在于地质环境中并具有一定地理和化学特征的有机化合物。根据它们在地质环境中的分布、组成和来源，地质聚合物可分为三大类：生物聚合物、植物聚合物和矿物聚
合物。生物聚合物主要来自生物体内，如骨骼、组织和胶原蛋白等。植物聚合物主要来源于植被和土壤中的有机物，如木质素、脂肪和蛋白质等。矿物聚合物主要由矿物质的化学反应和转化形成，如腐殖酸和黏土矿物等。 二、地质聚合物的应用领域 2.1 岩石学 地质聚合物在岩石学领域中的应用主要涉及岩石鉴定和成因研究。通过地质聚合物的分析，可以对岩石的成分、结构和起源进行推测，并揭示地球内部的动态过程。 2.2 油气地质学 地质聚合物在油气地质学中的应用主要用于石油和天然气的勘探开发。通过地质聚合物与油气地质学参数的关系研究，可以预测地下油气资源的分布、储量和质量，为石油勘探开发提供科学依据。 2.3 环境地质学 地质聚合物在环境地质学中的应用主要涉及环境污染的评估和治理。通过对地质聚合物的分析，可以了解环境中有机污染物的来源、迁移和转化过程，为环境保护和修复提供技术支持。 2.4 地质工程学 地质聚合物在地质工程学中的应用主要用于工程建设和地质灾害预测。通过对地质聚合物的分析，可以评估工程地质条件和地质灾害的潜在风险，为工程规划和设计提供依据。 三、地质聚合物在石油勘探开发中的潜在应用