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利用固体废弃物制备托贝莫来石晶须的研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着我国经济的高速发展,我国到了全面建成小康社会的决胜阶段。城镇化、工业化正在高速发展,相应的基础建设领域的发展也在不断加快,因此,国家对基础设施建设十分重视,投入也不断增加。我国固体废弃物产量大,积存量多,据有关资料显示,仅建筑垃圾每年就产生约18亿吨(2018),固体废弃物的污染防治工作必须引起高度重视。因此,实现建筑垃圾的资源化利用是可持续发展战略的一部分[1,2,3]。目前,亟待解决的资源短缺和环境污染等问题促使人们开展固体废弃物资源化研究[4]

1845年k.f.e.schafhat提出了矿物的水热合成[5]。近年来,用水热固化处置固体废弃物备受关注,是有前景的固体废弃物资源化的途径之一[6]。1880年,heddle先生于1880年在伦敦托贝莫利首先发现ca5·si6o17·5h20天然矿物,命名为tobermorite。19世纪末至20世纪初,泰勒、肯耐尔、凯尔西开始进行托贝莫来石人工合成与结晶学的研究,特别是凯尔西将托石中si4 置换成al3 形成了一种含铝的托贝莫来石。2001年,上海陶瓷研究所黄翔国首次制得了托贝莫来石晶须。2015年,北京化工大学吕松青利用粉煤灰合成了托贝莫来石晶须。

托贝莫来石是一种结晶程度较高的水化硅酸钙。利用废弃加气混凝土水热合成的托贝莫来石晶须呈纤维状形貌,晶须相互包裹形成疏松多孔的球形粒子[7],具有轻质高强、导热系数低、热稳定性好等优点[8]。可以直接以水热合成的托贝莫来石晶须粉体为原料,制备硅酸钙板[9],以解决传统硅酸钙板生产工艺中托贝莫来石生成量不够,产品的强度低、容重和导热系数高等质量问题,利用托贝莫来石晶须呈纤维状形貌的特点,不需要添加矿物纤维或纤维素纤维等增强纤维,生产工艺简单,质量可控,促进保温节能建材的推广应用,可大大改善居住环境。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:分析纯sio2与naoh溶液制备硅源,废弃加气混凝土溶于edta溶液以提供钙源,三乙醇胺(遮蔽杂质离子的影响),制备样品。

材料表征:利用显微镜初步观察晶须形貌,通过xrd/sem等微观测试手段对产物的微观形貌进行表征。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,探索以废弃加气混凝土作为主要原料制备托贝莫来石晶须的最佳工艺条件。

第9-12周:深入研究机械活化对废弃加气混凝土反应活性的影响机制;明晰废弃加气混凝土合成托贝莫来石的反应机理。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] Xu Y, Yuan D F, Dong W W. On ComprehensiveUtilization of Fly Ash [J]. Chin. Well Rock Salt, 2010, 41(1): 29.

[2] Yang L X, Shi Z Y. “Eleventh Five” FlyAsh Comprehensive Utilization Achievements, Future Technology Orientation and DevelopmentTendency in Our Country [J]. Coal Ash, 2012, (4): 4.

[3]贺行洋,王庭苇,曾三海,苏英,郑正旗,杨进.废弃加气混凝土的应用现状与发展趋势[J].中国建材科技,2018,27(05):45-47.

[4]郭晓潞,孟凡杰.水热合成粉煤灰基铝掺杂托贝莫来石的微观结构[J].材料研究学报,2018,32(07):513-517.

[5] Somiya S. Historical Developments of HydrothermalWorks in Japan, especially in Ceramic Science [J]. J. Mater. Sci. 2006,41(5):1307.

[6] Ferreira C, Ribeiro A, Ottosen L.Possible Applications for Municipal Solid Waste Fly Ash [J]. J. Hazard. Mater.,2003, 96(2-3): 201.

[7] Hartmann,A, Khakhutov, M, Buhl, J Ch. Hydrothermal Synthesisof CSH-phases (tobermorite) under Influence of Ca-formate, Materials Research Bulletin, 2014, (51)389-396.

[8]鲍梦燕,郭晓潞,施惠生.水热合成托贝莫来石晶须及其耐高温性能的研究进展[J].功能材料,2017,48(11):11075-11080.

[9]杨敬杰,孙红娟,岳焕娟等. 脱铝粉煤灰水热法合成1.1nm铝代托贝莫来石 [J].硅酸盐学报,2017,45(11):1699-1706.

[10] Biagionoc , Bonaccorsie, et al.Thermal Behaviour of Al-rich Tobermorite[J]. Eur J Mineral, 2016, 28(1):23–32.

[11] WANG Zehua , MA Shuhua, ZHENGShili, et al. Incorporation of Al and Na in Hydrothermally Synthesized Tobermorite[J].J Am Ceram Soc, 2017, 100(2): 792–799.

[12] LIU Fengmei, CHEN Deping, NI Wen.Effect of Al3 on Tobermorite Crystallinity[J]. Int J Min MetMater, 2000, 7(2): 79–81.

[13]郭晓潞,宋猛,鲍梦燕.不同阴离子对固废基铝掺杂托贝莫来石的影响[J].硅酸盐学报,2018,46(08):1059-1066.

[14]雒锋,李冠杰,夏茂盛等.油页岩半焦合成多孔托贝莫来石晶体的研究[J].非金属矿,2017,40(04):50-52.

[15]Laudise RA, Dryburgh P M. Advancedcrystal growth [M]. New York: Prentice Hall, 1987:267.

[16]黄 翔,江东亮,谭寿洪.生物活性硅酸钙晶须的螯合剂法水热合成[J].无机材料学报,2003,(18):1.

[17] Hashem A M, Abdel-Ghany A E,Abuzeid H M, et al. EDTA as Chelating Agent for Sol-gel Synthesis of SpinelLiMn2O4 Cathode Material for Lithium Batteries[J]. Journal of Alloys andCompounds. 2018, 737: 758-766.


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