Geopolimerek
A geopolimerek új típusú, szervetlen polimer szerkezetű amorf anyagok. Előállíthatók lúgos közegben (NaOH vagy KOH), az agyagásványok (alumino-szilikát-oxidok) és az alkáli-szilikátok reakciójával. Poli-szialát szerkezetűek, egyszerűbben kifejezve mesterségesen előállított kőzetek.[1][2]
Története szerkesztés
1972-ben egy francia tudós Joseph Davidovits[halott link] (szül. 1935) geopolimereknek nevezte a természetes alumínium-szilikátokból alacsony hőmérsékleten és nyomáson képződő háromdimenziós alumínium-szilikátokat.[2]
Szerkezete szerkesztés
(SiO4)4- és (AlO4)5- tetraéderek felváltva történő összekapcsolódásából kialakul a szialát (szilícium-oxo-aluminát) háló azáltal, hogy a tetraéderek minden oxigénatomot közössé tesznek. A szerkezeti üregekben pozitív ionokra van szükség, azért, hogy az Al3+ által okozott negatív töltéstöbbletet kiegyenlítsék. Ezen kationok lehetnek fémek vagy alkáliföldfémek például: Na+, K+, Ca+ vagy Mg+.[2][3]
A poliszialátok lánc és gyűrű alakú vegyületek, melyekben a Si4+ és az Al3+ atomok kovalens kötésben vannak egymással valamint 4-es koordinációs számmal rendelkeznek. Ezen kovalens kötések a „kőzetnek”, mint monolit óriásmolekulának nagy szilárdságot biztosítanak.[2][4]
A poliszialátok a következő empirikus képlettel jellemezhetőek:
- Mn ( – (SiO2)z – AlO2)n • wH2O
ahol:
A geopolimerek szerkezetének típusai:[3]
| Poliszialát típus | Si/Al mólarány | Vázlatos szerkezet | Térszerkezet |
|---|---|---|---|
| poli-szialát | 1 |
 |
 |
| poli-szialát-sziloxo | 2 |
 |
 |
| poli-szialát-disziloxo | 3 |
 |
 |
Tulajdonságai szerkesztés
A geopolimerek egészen egyedi tulajdonságokat tudhatnak magukénak: kiváló mechanikai sajátságúak, tűz- és hőállóak, kismértékben zsugorodnak, formába önthetőek, körülbelül szobahőmérsékleten kötnek, kötési idejük széles határokon belül módosítható valamint csekély az üvegházhatású gázemissziójuk (CO2).[2]
Előállítása szerkesztés
A geopolimerek szintéziséhez alapanyagul szolgálhatnak a különböző módon előállított metakaolinok illetve a szilikát tartalmú hulladékok, amelyek lehetnek: bányászati meddő (érc-, szénbányászat), erőműi hulladékok (salak, pernye), kohászati salakok (pl. granulált kohósalak), hulladékégetési melléktermékek (salak, pernye) illetve vörösiszap.[1]
A geopolimerek előállítása többlépéses folyamat, melynek első lépésében összekeverik az alumínium-szilikát port[2] és a lúgoldatot. Ezt követi a töltőanyag és/vagy hulladékanyag hozzáadása. Végül alapos homogenizálás után a kapott massza formába önthető.[5]
A (Na,K)-poli-szialát geopolimerek előállítási reakciója:[3]
A geopolimerizáció egy exoterm folyamat, melynek mechanizmusa nem ismert pontosan.[3] A geopolimerek előállítási technológiájának legfontosabb előnye, hogy alacsony energiát igényel valamint CO2 missziója 10-20%-a a közönséges portland cementének, ezáltal nemcsak a primer ásványkincseink megőrzését teszi lehetővé hanem az ipari hulladékok semlegesítését és azok hasznosítását is megvalósítja.[2]
Felhasználása szerkesztés
A geopolimerek adott felhasználási területét elsősorban rendkívüli mechanikai tulajdonságai illetve előállítási technológiájának főbb előnyei határozzák meg. A magas- és a mélyépítőipar számos területén alkalmazzák őket úgymint:
- tűzálló anyagok,
- kerámiai alkalmazások,
- hőálló illetve hősokk-álló anyagok,
- geopolimer cementek és betonok,
- kompozitok, kompozit mátrixok infrastruktúrák javításában és megerősítésében,
- high-tech kompozitok (űrrepülő-, repülő- és autóipar),
- radioaktív és toxikus anyagok hulladék elhelyezése.[2][3][4]
Források szerkesztés
- ↑ a b Dr. Mucsi G.: Geopolimerek ipari hulladékokból, Dunaferr Műszaki Gazdasági Közlemények, 2012/4, 223-226 old.
- ↑ a b c d e f g h i Dr. Mucsi G., Prof. Dr. Csőke B. és Molnár Z.: Alkáli aktivált pernyealapú kötőanyag vizsgálata, Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet.
- ↑ a b c d e f Tian SingNg: An investigation into the development of high performance geopolymer concrete, UNSW, Sydney, Australia, Aug., 2011.
- ↑ a b Épületfizika és –kémia előadás, Építészmérnöki Kar MSc, BMGE.
- ↑ Zákány I. és Korim T: Alkáli aktivált szervetlen polimerek, mint a kötőanyagok újabb generációja, Anyagtudomány: Materials Science, 63. évf., 3-4. szám, 2011.
Jegyzetek szerkesztés
1. Davidovits J.: Geopolymers: inorganic polymeric new materials, J. Thermal Analysis 37, 1991, pp. 1633-1656.
2. Davidovits J., Orlinski J.(Eds.): Geopolymer chemistry and properties, Proceending of the 1st International Conference on Geopolymer ’88, vol. 1, Compiegne, France, 1-3 June, 1988a., pp. 19-23.
3. Davidovits J., Orlinski J. (Eds.): Geopolymer chemistry and properties, Proceedings of the 1st International Conference on Geopolymer ’88, vol. 1, Compiegne, France, 1-3 June. 1988 b, pp. 25-48.
4. Davidovits J.: Geopolymers: Inorganic polymeric new materials, Journal of Materials Education, Vol. 16, 1994a, pp. 91-139.