Geopolimer

A geopolimerek a polimer szerves vagy szervetlen polimerek kölcsönös tulajdonságai . A kőolajszármazékok és a szénlánc helyett ásványi anyagokat használnak, például szilícium-dioxidból és alumínium-oxidból (vagy akár ipari hulladékból) és ásványi kötőanyagból. Polimerizációjuk elvégezhető szobahőmérsékleten vagy alacsony hőmérsékleten ( Davidovits szerint 20-120 ° C ).

Ez a geoszintézis olyan anyagokat eredményez, amelyek tulajdonságai részben hasonlítanak a műanyagokhoz (formálhatók, többé-kevésbé extrudálhatók), de veszélyes oldószerek használata nélkül, természetesen éghetetlenek, sőt nagyon tűzállóak, és nem bocsátanak ki mérgező gázokat vagy füstöket. Mint egy kő, ellenállnak a vegyi támadásoknak és az idő eróziójának, és lehetővé teszik a nem szennyező termelést. A szerves polimerekhez hasonlóan ezek is megerősíthetők, például szénszálakkal .

A felhasznált alapanyagok főként geológiai eredetű ásványok, ezért a „  geopolimer  ” elnevezés. Joseph Davidovits 1978-ban hozta létre ezt a kifejezést az 1972-ben megkezdett kutatások részeként, amelyek Franciaországban egy „ Geopolimer Intézet  ” ( 1901-es társulási törvény ) létrehozásához vezettek  .

Osztályozás

A Yen TF szerint a geopolimerek két nagy csoportba sorolhatók:

A következő tárgyalás során a geopolimer lényegében szervetlen kémiai vegyület vagy vegyületek keveréke, amely egységekből áll, például szilícium-oxid (-Si-O-Si-O-), szilícium-aluminát (-Si-O-Al) Geopolimerizációs eljárással létrehozott -O-), ferrosziliko-aluminát (-Fe-O-Si-O-Al-O-) vagy alumino- foszfát (-Al-OPO-). Ezt az ásványi szintézist (geoszintézist) egy IUPAC szimpóziumon mutatták be 1976-ban. A tudósok azonban nagyon gyakran veszik kiindulási alapul az 1991-ben készült publikációt.

Mikrostruktúra

A geopolimerek mikrostruktúrája lényegében a hőmérséklettől függ:

Szintézis útvonalak

Általában kettő van:

  1. egy lúgos közegben  : (Na + , K + , Li + , Ca ++ , Cs ++ ,  stb );
  2. egy savas közegben a foszforsav és a huminsavak .

A lúgos út a legfontosabb a K + F és a kereskedelmi alkalmazások szempontjából, és az alábbiakban ismertetjük. A savas útvonal részletei megtalálhatók a referenciákban.

Tudományos meghatározás

A geopolimerek közül az aluminoszilikátokon alapulóakat "poli (szialátát)" -nak nevezik, ami a poli (szilícium-aluminát) vagy (-Si-O-Al-O-) n (ahol n az polimerizáció ). A 2. ábra kémiai szerkezete 1 ábra poli (sialate-siloxo) geopolimer eredő geosynthesis poli ( kovasav ) sav (SiO 2 ) n-és kálium-alumínium-szilikát, lúgos közegben (KOH, NaOH). Ebben a struktúrában a szialátcsoport (Si-O-Al-O-) térhálósító szer .

Geopolimer link sialate.gif

Geopolimer szerkezetek-sialate.gif

Úgy gondoljuk, hogy a geokémiai szintézis mechanizmusát oligomerek ( dimer , trimer) közvetítik, amelyek a háromdimenziós makromolekuláris struktúrát alkotó valódi egységes szerkezeti csoportokat képezik, a 4. ábra diagramjai szerint . 3 .

Geopolimer példák molekulák.gif

Kémiai szerkezet

Használ

A XX . Század eleje óta néha fenékhamut és pernyét ( ipari hulladékot ) adtak a cementhez (ezt a folyamatot javasolják majd a geopolimerek számára). És 1992 (év a riói csúcs ) Davidovitz helyettesítésére javasolt hagyományos cementgyártás folyamatok mellett a termelés geopolimereken melyek kevesebb energiát fogyasztanak, kevésbé szennyezik a levegőt és különösen kibocsát sokkal kevesebb üvegházhatású gázok .

A zeolitok szintetizáltak, de katalizátorként a szerves kémia, és nem azért, hogy egy építőanyag. Davidovitz szerint a szabadalmi adatbázisok elemzése azt mutatja, hogy 1978 előtt úgy tűnik, hogy az utóbbi felhasználást elhanyagolták.

Geopolimereket (geopolimer (K, Ca) -Poly (szialát-sziloxo) cementeket) javasoltak (1999) ásványi mátrixként az iszapos mérgező hulladékok rögzítésére , amelyek tárolásához potenciálisan többféle radioaktív hulladékot is tartalmazhatnak. A vizsgálatokat (GEOPOLYTEC eljárás) uránbányákból származó vízzel végeztük (a Wismut vállalat Schlema - Alberoda uránbányájának víztisztításából származó több tonna radioaktív iszapot megszilárdítottuk 1998-ban ) és a biotermékekkel szennyezett tóiszapot és / vagy a nehézfémeket így hatékonyan inertálták, anélkül, hogy az üvegezéshez szükséges hatalmas energiafogyasztás lenne szükséges. Hermann, E., Kunze, C., Gatzweiler, R., Kiebig, G. és Davidovits, J. (1999) cikke szerint a GEOPOLYTEC eljárás lehetővé teszi "a kezelés, az üzemeltetés és a bezárás költségeinek csökkentését". hulladéklerakók esetében a művelet teljes költsége megegyezik a hagyományos portlandcement módszerével, de emellett a folyamat olyan végső jellemzőket nyújt, amelyek teljesítménye megegyezik az üvegesítéssel ” .

Ezeket a geopolimer nanoanyagokat manapság a kerámiában , a csúcstechnológiájú kompozit anyagokban használják az autóiparban , a repülésben és a védelemben, tűzgátló, hőre keményedő , szerves oldószermentes festékekben fa és fém számára, biomédiában a csontok protéziséhez, az üzemanyagcellák membránjaiban és az új ökológiai cementek, amelyek nem bocsátanak ki üvegházhatású gázokat , a természetes kőhöz hasonló tulajdonságokkal.

Fő alkalmazások

A Si (Al) atomarány a poli (szialát) szerkezetben meghatározza a tulajdonságokat és a hatókört.

Lásd . 4 .

Geopolimer alkalmazások szilícium-aluminátok.gif

Megjegyzések és hivatkozások

  1. Cheng TW & Chiu JP (2003) Tűzálló geopolimer, amelyet granulált kohósalakból állítanak elő . Ásványmérnöki munka, 16 (3), 205-210.
  2. Lin T, Jia D, He P, Wang M & Liang D (2008) A szálhossz hatása a rövid szénszálerősítésű geopolimer mátrix kompozitok mechanikai tulajdonságaira és törési viselkedésére. Anyagtudomány és műszaki: A, 497 (1-2), 181-185 ( absztrakt ).
  3. J. Davidovits, hogy meg kell teremteni a New szaknyelv az átadása alapvető tudományos információ , az átadásának és hasznosításának tudományos és műszaki információk, Proceedings of the Symposium, Luxemburg, 10-1981. június 12, P.  316-320. Ez pdf-fájlként érhető el, és letölthető az Európai Parlament könyvesboltjából. Látogasson el a < http://bookshop.europa.eu/en/transfer-and-exploitation-of-scientific-and-technical-information-pbCD3381271/ oldalra, és kattintson a letöltésre .
  4. Kim D., Lai HT, Chilingar GV, Yen TF (2006), Geopolimer képződés és egyedi tulajdonságai , Environ. Geol, 51 [1], 103–111.
  5. Lásd: http://www.geopolymer.org/science/introduction
  6. [PDF] 20. számú mérföldkő, IUPAC 76 , [1]
  7. Davidovits, J., (1991), Geopolymers: Inorganic Polymeric New Materials , J. Thermal Analysis , 37 , 1633–1656. Elérhető [PDF] # 12 angol nyelven a könyvtárban, a Geopolymer Institute, [2]
  8. Zoulgami M., Lucas-Girot A., Michaud V., Briard P., Gaudé J. és Oudadesse H. (2002), Poliszialát -hidroxi-apatit kompozit szintézise és fizikai-kémiai jellemzése potenciális orvosbiológiai alkalmazásra , Eur. Phys. J. AP , 19 , 173-179.
  9. Kriven WM, Bell J., Gordon M. (2003), A teljesen reagált geopolimerek és geopolimer mátrix kompozitok mikrostruktúrája és mikrokémiája , kerámiai tranzakciók , 153 , 227–250
  10. Perera DS és Trautman RL (2005), geopolimerekhez a lehetőségével, hogy Tűzálló betonok , a technológiai fejlődés az Anyagok és anyagok feldolgozása , 7 [2], 187-190.
  11. Wagh, AS (2004), Chemically Bonded Phosphate Ceramics - A Geopolymers Novel Class , Proceedings of the 106. Ann. Mtg. az American Ceramic Society , Indianapolis.
  12. fej.  13., Foszfátalapú geopolimerek , J. Davidovits Geopolymer Chemistry and Applications című könyvében
  13. Perera DS, Hanna JV, Davis J., Blackford MG, Latella BA, Sasaki Y. és Vance ER (2008), A foszforsavval reagált és lúggal reagált metakaolin anyagok relatív erőssége , J. Mater. Sci. , 43 , 6562–6566.
  14. Cao D., Su D., Lu B. és Yang Y. (2005) , Metakaolinit és foszforsav alapú geopolimer anyagok szintézise és szerkezeti jellemzése , Journal Chinese Ceramic Society , 33 , 1385–89.
  15. Lásd a hivatkozást. n o  5
  16. Abdullah, MMA, Hussin, K., Bnhussain, M., Ismail, KN és Ibrahim, WMW (2011). A pernye geopolimer cement-A mechanizmusa és kémiai reakciója - A felülvizsgálat. Int. J. Pure Appl. Sci. Technol, 6. (1), 35–44.
  17. <Davidovits J (1993) Geopolimer cementek a szén-dioxid üvegház-felmelegedés minimalizálása érdekében . Ceram. Trans., 37, 165-182.
  18. Breck DW (1974), Zeolite Molecular Sieves, J Wiley & Sons ed, New-York
  19. Davidovits J (2008) Geopolimer: szobahőmérsékletű kerámiamátrix kompozitokhoz . A kompozíciókról és a fejlett kerámiaanyagokról szóló 12. éves konferencia anyagában, 1. rész (1. kötet, 835–41. Oldal).
  20. Hermann, E., Kunze, C., Gatzweiler, R., Kiebig, G., és Davidovits, J. (1999). Különböző radioaktív maradványok megszilárdulása geopolimer által, különös tekintettel a hosszú távú stabilitásra . Geopolymer közleményei, 211–228.

Megjegyzés: a Wikipedia (en) Geopolymer című cikke rengeteg kiegészítő információt tartalmaz.

Lásd is

Bibliográfia

Külső hivatkozás