地质聚合物通常由富含铝硅酸盐的前驱材料与碱性溶液反应合成。这一合成过程一般包括在腐蚀性环境中从富含铝硅酸盐的前驱材料中溶解出硅和铝，而后将硅和铝离子凝胶化形成单体，继而缩聚形成三维网络结构的地质聚合物。与混凝土材料相比较，地质聚合物表现出更高的强度、耐久性和耐高温性能，具有替代水泥作为可持续土工材料的潜力。污泥焚烧灰是高温焚烧市政污泥而产生的残渣，其资源化利用决定了污泥焚烧技术的可持续发展。
污泥焚烧灰中含有大量的二氧化硅、氧化铝和氧化钙，是潜在的地质聚合物前驱体。中国科学院武汉岩土力学研究所将污泥焚烧灰和偏高岭土混合，采用NaOH和Na2SiO3作为激发剂，运用干拌法制备出地质聚合物（图1）。该方法避免了污泥焚烧灰强吸水性对地质聚合物性能的劣化效应，既节约了自然资源，又减少了固废对环境的污染。
该成果揭示了Na2O/SiO2摩尔比为0.30和SiO2/Al2O3摩尔比在3.00~3.60范围内，地质聚合物的抗压强度最高；样品在40℃保存7天再在室温保存有助于进一步提升地质聚合物的抗压强度；该地质聚合物的主要反应产物为钠铝硅酸盐凝胶（图2）；浸出毒性实验表明，污泥焚烧灰基地质聚合物浸出液中重金属浓度未超过规定的限值，不具有环境风险。该研究将污泥焚烧灰转化为绿色建筑产品，并可有效地固化/稳定化污泥焚烧灰中的污染物，具有广泛的应用价值。
相关研究成果发表在AppliedClayScience上。研究工作得到国家自然科学基金国际合作与交流项目得支持。
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图1.污泥焚烧灰基地质聚合物固化剂的合成和优化
图2.污泥焚烧灰基地质聚合物固化剂的抗压强度及微观结构
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