افزایش ایمنی دفن پسماندهای خطرناک: کشف مکانیسم شیمیایی تثبیت فلزات سنگین توسط سیمان

پژوهشگران مکانیسم های کلیدی در تثبیت فلزات سنگین توسط سیمان را شناسایی کرده و راهکارهایی برای بهبود کارایی این فناوری ارائه کردند.

 

به گزارش پایگاه خبری علوم محیط زیست، مدیریت پسماندهای حاوی فلزات سنگین یکی از چالش‌های مهم زیست محیطی عصر حاضر است. بر اساس آمار، سالانه حجم بسیار زیادی از این پسماندهای خطرناک توسط صنایع مختلف تولید می‌شود که به دلیل خاصیت سمی، جهش‌زایی و سرطان‌زایی، تهدیدی جدی برای سلامت انسان و محیط‌ زیست محسوب می‌شوند. فناوری تثبیت و جامدسازی (s/s) با استفاده از سیمان به عنوان یکی از کارآمدترین روش‌ها برای کاهش سمیت و نشت این آلاینده‌ها پیش از دفن شناخته می‌شود.

 

اکنون، یک مطالعه مروری جامع به واکاوی تعاملات شیمیایی بین فلزات سنگین و فازهای سیمان در فرآیند تثبیت و جامدسازی پرداخته است. این پژوهش مکانیسم‌های هیدراسیون سیمان در حضور فلزات سنگین و چگونگی تثبیت این آلاینده‌ها را روشن می‌سازد.

 

تأثیر فلزات سنگین بر هیدراسیون سیمان:

 

یافته‌ها نشان می‌دهد که فلزات سنگین اگرچه تخریب و هیدراسیون تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) و سیمان پرتلند را تسریع می‌کنند، اما در مقابل، ته نشینی کلسیم هیدروکسید (پورتلندیت) را به دلیل کاهش pH ناشی از هیدرولیز یون‌های فلزات سنگین، به تأخیر می‌اندازند.

 

کشف مکانیسم شیمیایی تسریع هیدراسیون:

 

مکانیسم شیمیایی اصلی در اثر تسریع‌کنندگی فلزات سنگین، حمله یون‌های H+ به فازهای سیمان و تهنشینی کلسیم هیدروکسیدهای دوبل فلزات سنگین در نظر گرفته شده است. این فرآیند با مصرف یون‌های کلسیم، تجزیه C3S را بیشتر تقویت می‌کند.

 

مکانیسم‌های تثبیت فلزات سنگین:

 

این مقاله به بررسی مکانیسم‌های تثبیت فلزات سنگین در ماتریکس سیمان هیدراته شده می‌پردازد که بر سه پایه اصلی استوار است:

* جذب (Sorption): جذب سطحی فلزات بر محصولات هیدراسیون سیمان

* تهنشینی (Precipitation): تشکیل هیدروکسیدها یا نمک‌های نامحلول فلزات سنگین

* incorporation شیمیایی: جایگزینی یون‌های فلزی در ساختار محصولات هیدراسیون (مانند جایگزینی کلسیم با سرب در ساختار C-S-H)

 

مدل‌های مولکولی ارائه شده:

 

در این کار، مدل‌های مولکولی از ژل C-S-H بر اساس بررسی‌های طیف‌نگاری 29Si MAS/NMR ارائه شده است که درک بهتری از ساختار این فاز کلیدی و برهمکنش آن با آلاینده‌ها فراهم می‌کند.

 

نیاز به پژوهش‌های آینده:

 

این مطالعه نتیجه می‌گیرد که برای بهبود اثربخشی فناوری تثبیت و جامدسازی سیمانی و گسترش دامنه کاربرد آن، انجام تحقیقات بیشتر بر روی توسعه فازی در طول هیدراسیون سیمان در حضور فلزات سنگین و همچنین انجام مدل‌سازی ترمودینامیکی دقیق ضروری است. درک عمیق‌تر از شیمی این سیستم پیچیده، انتخاب نوع سیمان و پارامترهای عملیاتی را بهینه خواهد کرد.

 

لینک مقاله: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2008.01.019