Preparation and Immobilization Mechanism of Red Mud/Steel Slag-Based Geopolymers for Solidifying/Stabilizing Pb-Contaminated Soil

聚合物 材料科学 胶凝的 硅酸盐水泥 水合硅酸钙 赤泥 偏高岭土 抗压强度 浸出(土壤学) 环境修复 固化(化学) 水泥 化学工程 土壤水分 冶金 污染 复合材料 环境科学 土壤科学 生态学 生物 工程类
作者
Xinyang Wang,Yongjie Xue
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (13): 3353-3353 被引量:11
标识
DOI:10.3390/ma17133353
摘要

Pb-contaminated soil poses serious hazards to humans and ecosystems and is in urgent need of remediation. However, the extensive use of traditional curing materials such as ordinary Portland cement (OPC) has negatively impacted global ecology and the climate, so there is a need to explore low-carbon and efficient green cementitious materials for the immobilization of Pb-contaminated soils. A red mud/steel slag-based (RM/SS) geopolymer was designed and the potential use of solidifying/stabilizing heavy metal Pb pollution was studied. The Box–Behnken design (BBD) model was used to design the response surface, and the optimal preparation conditions of RM/SS geopolymer (RSGP) were predicted by software of Design-Expert 8.0.6.1. The microstructure and phase composition of RSGP were studied by X-ray diffractometer, Fourier transform infrared spectrometer, scanning electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, and the immobilization mechanism of RSGP to Pb was revealed. The results showed that when the liquid–solid ratio is 0.76, the mass fraction of RM is 79.82% and the modulus of alkali activator is 1.21, the maximum unconfined compressive strength (UCS) of the solidified soil sample is 3.42 MPa and the immobilization efficiency of Pb is 71.95%. The main hydration products of RSGP are calcium aluminum silicate hydrate, calcium silicate hydrate and nekoite, which can fill the cracks in the soil, form dense structures and enhance the UCS of the solidified soil. Pb is mainly removed by lattice immobilization, that is, Pb participates in geopolymerization by replacing Na and Ca to form Si-O-Pb or Al-O-Pb. The remaining part of Pb is physically wrapped in geopolymer and forms Pb(OH)2 precipitate in a high-alkali environment.
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