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可吸附重金属离子的透水性水泥基材料研究

徐西奎  
【摘要】: 城市交通不仅有汽车尾气的大量排放,而且有严重的重金属污染,而这些重金属污染具有长期性、隐匿性、不可逆性及不可降解性,解决城市道路雨水中的重金属离子污染成为刻不容缓的课题。水泥基材料是城市道路建设的必需材料,因此研究水泥体系的水化产物以及其形貌特性,及其吸附重金属离子的机理有着重要的实际意义。因此,本文对水泥体系、掺入相同比例吸附剂(粉煤灰、膨润土、硅藻土、沸石)的复合水泥基材料以及在不同外部条件下吸附重金属离子(Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)、Pb~(2+))的规律进行了分析研究。 本文采用原子发射光谱仪(ICP)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等微观分析测试方法,研究了不同体系水泥(普通硅酸盐水泥和铁铝酸盐水泥)、吸附剂等内在因素和不同pH值、不同流速等外部条件下吸附重金属离子的规律和机理。通过模拟混凝土配合比的设计步骤,依据抗压强度和透水系数两个参数,设计出适应于两种体系水泥基材料的配合比。并且,自行设计了一套测定流速的装置,可以通过直观地测定透水性水泥基材料的流速,研究流速对透水性水泥基材料吸附性能的影响。 研究表明,利用普通硅酸盐水泥和铁铝酸盐水泥两种胶凝材料制作的透水性水泥基材料,其透水系数和抗压强度都达到了标准要求。两种体系水泥都能够很好的吸附重金属离子,并且铁铝酸盐水泥吸附的稳定性要好于普通硅酸盐水泥。吸附剂的掺入,使得水泥基材料吸附重金属离子的效果好于未掺加吸附剂的水泥基材料,并且,掺于四种吸附剂的普通硅酸盐水泥基材料吸附重金属离子的规律相似,且吸附的Pb~(2+)、Cu~(2+)Cd~(2+)、Zn~(2+);四种吸附剂的掺入对铁铝酸盐水泥基材料的吸附能力的影响顺序如:粉煤灰沸石膨润土硅藻土,且对重金属离子的吸附能力顺序如:Zn~(2+)Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)。实验证实,铁铝酸盐水泥基材料随pH值的升高,对Pb~(2+)吸附稳定性好于其它三种离子,且证明铁铝酸盐水泥基材料在流速25L/h和75L/h时对重金属离子的吸附效果较好。


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