Otrzymywanie, badania struktury i wybranych właściwości materiałów
geopolimerowych
Głównym celem rozprawy doktorskiej było otrzymanie materiałów geopolimerowych oraz zbadanie ich struktury i właściwości. Geopolimery otrzymano aktywując roztworem NaOH popiół lotny oraz metakaolin. Zbadano jaki wpływ na właściwości otrzymanych geopolimerów maja takie parametry syntezy, jak ilość użytej wody, ilość aktywatora alkalicznego oraz stosunek krzemu do glinu. Zwrócono uwagę, jakie warunki pozwalają na uzyskanie faz zeolitowych w matrycy geopolimeru. Skupiono się na analizie strukturalnej materiałów ze szczególnym uwzględnieniem spektroskopii w podczerwieni. Przeprowadzono też badania in situ zmian strukturalnych zachodzących podczas geopolimeryzacji z użyciem różnych aktywatorów. Zrealizowano też modyfikacje struktury geopolimerów za pomocą procesów posyntezowych - desilikacji i dealuminacji. Ostatnim etapem badań było określenie przydatności materiałów geopolimerów w ochronie środowiska zarówno do sorpcji barwników, jak i do immobilizacji metali ciężkich. Wykazano że, możliwe jest uzyskanie faz zeolitowych w matrycy geopolimerów - hydroksysodalitu w geopolimerach na bazie popiołu lotnego oraz zeolitów A i X w geopolimerach na bazie metakaolinu. Rodzaj i ilość zeolitu zależą m.in. od stosunków Si/Na oraz Si/Al. Wykazano, że materiały geopolimerowe podatne są na modyfikacje struktury i porowatości. Geopolimer z dodatkiem szkła ekspandowanego z powodzeniem wykorzystano do sorpcji błękitu metylenowego z roztworu wodnego, uzyskując niemal stuprocentową efektywność sorpcji. Stwierdzono również niemal stuprocentową efektywność immobilizacji kationów Ni2+
The main aim of the doctoral thesis was to obtain geopolymeric materials, namely alkali-activated aluminosilicates, as well as to study their structure and properties. The geopolymers were obtained by activation of coal fly ash and metakaolin with sodium hydroxide solution. The influence of the synthesis parameters, such as the amount of water, amount of alkali activator, and silicon-to-aluminum molar ratio, on the properties of the prepared geopolymers was investigated. It was checked what parameters allowed to obtain zeolites in a geopolymeric matrix. The focus was on the structural analysis of materials with particular emphasis on infrared spectroscopy. The in situ studies of the structural changes taking place during the geopolymerization with the use of different activators were conducted. The modifications of the structure were realized with post-synthesis processes of desilication and dealumination. The last part of the research was to determine the suitability of geopolymeric materials in the environmental protection, both for sorption and heavy metals immobilization. It was showed that it is possible to obtain zeolitic phases in the matrix of geopolymers - hydroxysodalite in fly ash-based ones and zeolites A and X in metakaolin-based ones. The type and amount of zeolite depend on Si/Na and Si/Al molar ratios. It was showed that geopolymeric materials were susceptible to the modifications of their structure and porosity. The geopolymer with the addition of expanded glass aggregates was successfully used for the sorption of methylene blue from aqueous solution with almost 100% sorption efficiency. Also, almost 100% immobilization efficiency of Ni2+
