Zinātniskās darbības atbalsta sistēma
Latviešu English

Publikācija: Sārmu aktivizētas saistvielas un to pielietojums

Publikācijas veids Promocijas darbs
Pamatdarbībai piesaistītais finansējums Nav zināms
Aizstāvēšana: 03.07.2015 14:15, RTU Būvniecības Inženierzinātņu fakultātes sēžu zāle Rīgā, Āzenes iela 16/20, 213.kab.
Publikācijas valoda Latviešu (lv)
Nosaukums oriģinālvalodā Sārmu aktivizētas saistvielas un to pielietojums
Nosaukums angļu valodā Alkali Activated Binders and Their Application
Pētniecības nozare 2. Inženierzinātnes un tehnoloģijas
Pētniecības apakšnozare 2.1. Būvniecības un transporta inženierzinātnes
Autori Ģirts Būmanis
Atslēgas vārdi Sārmu aktivizētas saistvielas, porains materiāls, sārmu aktivizācija
Anotācija Promocijas darba ietvaros ir izstrādāta porainu, sārmu aktivizētu saistvielu (SAS) grupa un pamatota izejvielu kompozīcijas ietekme uz iegūto materiālu īpašībām. Mainot izejvielu kompozīciju, iegūti materiāli, kas piemēroti izmantošanai sekojošās tautsaimniecības jomās – būvniecībā, enerģētikā un ūdens saimniecībā. SAS iegūtas izmantojot kalcinētus, zema kalcija daudzuma saturošus mālus (kalcinētus kaolīna vai illīta mālus) un nātrija silikāta aktivizācijas šķīdumus ar dažādiem silikāta moduļiem. Pievienojot poru veidojošās izejvielas (alumīnija metāllūžņu pārstrādes atkritumus vai komerciāli pieejamu Al(OH)3 pastu) SAS, ir iegūti jauni poraini materiāli, kuru īpašības nosaka izejvielu sastāvs kompozīcijā. Stikla piedeva veicina sārma izdalīšanās intensitāti no sārmu aktivizētu materiālu struktūras, kas ievērojami paaugstina materiāla izmantošanas efektivitāti biotehnoloģiskajos procesos. Turklāt, iepriekš minētais ir cieši saistīts ar izmantotā stikla ķīmisko sastāvu. Izpētot saistvielu struktūras veidošanās pamatprincipus pēc izejmateriālu kompozīcijas aktivizēšanas sārmainā vidē, iespējams paredzēt materiāla īpašību izmaiņas atkarībā no izejmateriālu ķīmiskā sastāva un proporcijām. Pirmo reizi tiek pierādīts, ka kalcinēti illīta māli (Liepas atradne, Latvija) ir piemērots izejmateriāls SAS izgatavošanai. Lai gan šo saistvielu mehāniskās īpašības ir zemākas salīdzinot ar saistvielām, kuras izgatavotas no kalcinētiem kaolīna māliem, tomēr, izmantojot sārmu aktivizācijas procesu, iespējams iegūt porainu materiālu ar teicamām siltumtehniskām īpašībām. SAS izgatavošana raksturojas ar zemāku CO2 emisiju, salīdzinot ar tradicionālā portlandcementa saistvielu ražošanu, un tas atbilst ilgtspējīgas saistvielas ražošanas nostādnēm pasaulē. Promocijas darbā veiktajos pētījumos izmantoti gan vietējie dabas resursi, gan rūpnieciskas izcelsmes atkritumprodukti. Atkritumu izmantošana jaunu materiālu iegūšanai paver iespēju efektīvi utilizēt atkritumus, to skaitā tādus, kas uzskatāmi par videi bīstamiem. Atsevišķos pētījumos dabiskie kaolīna māli ir aizstāti ar metakaolīnu, kas ir ražošanas blakusprodukts, tādējādi tiek veicināta otrreizējā materiālu izmantošana un tiek taupīti dabas resursi. Izmantojot poru veidojošās izejvielas dažādās koncentrācijas, iespējams iegūt būvmateriālu ar tilpummasu no 540 līdz 675 kg/m3. Būvmateriālu mehāniskās un ilgmūžības īpašības būtiski ietekmē izmantotā māla veids. Uz metakaolīna bāzes izgatavotiem būvmateriāliem ir augstāka spiedes un lieces pretestība, kā arī tie ir salturīgāki un tiem piemīt lielāka pretestība sulfātu destruktīvai iedarbībai, salīdzinot ar būvmateriāliem, kas izgatavoti uz illīta mālu bāzes. Augstā porainība (71-79 %) nosaka materiāla mehāniskās īpašības (1.4-3.8 MPa spiedes pretestība) un siltumvadītspēju (0.14-0.16 W/mK). Efektīva sārmu aktivizēta materiāla pielietošana enerģētikas nozarē – biogāzes ražošanā, tiek panākta materiāla sastāvā iekļaujot stikla izejvielu. Izmantojot stiklu ar augstu Na daudzumu tā sastāvā (21 %), materiālam tiek paaugstināta spēja izdalīt hidroksīda jonus ūdens vidē un nodrošināt augstu apkārtējās vides buferkapacitāti. Līdz ar to šis materiāls ir izmantojams kā efektīvs pH līmeņa stabilizētājs bioreaktoros, kur biogāzes iegūšanai tiek izmantoti skābi substrāti, piemēram, skābās piena sūkalas. Rezultāti par sārmu aktivizētu saistvielu izmantošanu bioreaktoros, kas paaugstina biometāna ieguves efektivitāti, ir aprakstīti Rīgas Tehniskās universitātes doktora zinātniskā grāda kandidātes Kristīnes Ruģeles disertācijā (aizstāvēšana paredzēta 2015.gada martā). Ūdens attīrīšanas sistēmām, kur jāuztur pH noteiktā līmenī ilgstošā laika periodā, ir piemēroti termiski apstrādāti sārmu aktivizēti materiāli (termiskā apstrāde veikta 200 un 400°C), kas veidoti no izejvielām, kam nav atkritumu izcelsme. Šādi tiek iegūts efektīvs pH regulējošs sārmu aktivizēts materiāls, kas piemērots ūdens attīrīšanas sistēmām un spēj ilglaicīgi (līdz 25 dienām) nodrošināt nemainīgu ūdens pH intervālā no 10.0-10.5.
Anotācija angļu valodā In the framework of thesis a group of porous alkali activated binders (AAB) was created and the effect that composition of raw materials has on the properties of the obtained materials was justified. By changing mixture composition, the materials, which are suitable for application in the following sectors: construction, energetics and water management, were obtained. AAB were obtained by using calcined low carbonate clay (calcined kaolinite or illite clay) and sodium silicate activation solution with different silicate modulus. New porous materials with significantly different properties were obtained by adding pore forming raw materials (aluminium scrap recycling waste or commercially available Al(OH)3 paste) to AAB. Glass additives contribute to the alkali leaching rate from the structure of alkali activated materials that significantly increases efficiency of the material use in biotechnological processes. In addition, the above mention is closely related to the chemical composition of glass that is used. By conducting research on the basic principles of binder formation after composition has been activated in alkaline environment, it is possible to predict changes in the properties of materials depending on the chemical composition and proportions of the raw materials. For the first time it was proved that calcined low carbonate illite clay from Latvia, Liepa clay deposit, can be used as a raw material for the production of AAB. Although the mechanical properties of these binders are lower compared to the binders produced from calcined kaolinite clay, by using alkali activation process it is possible to obtain a porous material with excellent thermal properties. Production of alkali activated binder is characterised with lower CO2 emission rates compared to the production of traditional Portland cement and it corresponds to the guidelines of sustainable binder production existing in the world. Conducting this research both local natural resources and industrial waste were used. Use of waste for production of new materials gives an opportunity for effective waste recycling including those regarded as dangerous for the environment. In some experiments natural kaolinite clay was replaced with metakaoline that is production by-product thus promoting use of the recycled materials and saving natural resources. By using pore forming binders in various concentrations it is possible to obtain building materials with density 540 to 675 kg/m3. Type of the clay that is used has significant impact on the mechanical and durability properties of the construction materials. Construction materials based on metakaoline have higher compression and flexural strength, they have better freeze-thaw resistance as well as better resistance to sulphate attack compared to the construction materials based on Illite clay. High porosity (71-79 %) determines mechanical properties of the material (compressive strength 1.4-3.8 MPa) and thermal conductivity (0.14-0.16 W/mK). Efficient use of the alkali activated materials in the energetics sector - biogas production - is achieved by including glass raw material in the mixture composition of the material. With high Na2O content (21 %) in the material its capability of leaching hydroxide ions and ensuring buffer capacity of the environment is ensured. Therefore this material can be used as an efficient stabilizer of pH levels in bioreactors, where acidic substrates, such as cheese whey, are used for biogas production. The results of alkali activated binder use in bioreactors increasing the efficiency of biometan production, are described in thesis prepared by the RTU doctoral candidate Kristine Rugele (defending of thesis scheduled for March, 2015). Water treatment systems that should maintain the necessary pH levels in a long term, are suitable for thermally treated alkali activated materials (thermal treatment at 200 and 400 °C), which are produced from raw materials not coming from waste. It led to obtaining alkali activated materials which are efficient for pH regulation in water treatment systems and can ensure stable water pH level from 10.0-10.5 in a long term (up to 25 days).
Atsauce Būmanis, Ģirts. Sārmu aktivizētas saistvielas un to pielietojums. Promocijas darbs. Rīga: [RTU], 2015. 139 lpp.
Pilnais teksts Pilnais teksts
Kopsavilkums Kopsavilkums
ID 20504