南洋理工大学科学家发明完全用废旧材料制造的水泥

2022-06-12 16:29:27 文章来源:网络
南洋理工大学新加坡分校的科学家发现了利用废料生产生物水泥的方法,使这种方法取代传统的水泥更环保、更可持续。生物水泥是可再生水泥,它利用细菌产生硬化反应,将土壤结合成固体块体。科学家们现在已经从两种常见的废物中生产出生物水泥:工业碳化污泥和尿素(来自哺乳动物尿液)。他们设计了方法,通过工业碳化污泥中的尿素和钙离子之间的相互作用,形成硬固体或沉积物。当这种反应在土壤中发生时,沉积物将土壤颗粒结合在一起,并填充它们之间的空隙,从而形成致密的土体。这产生了坚固、耐用、低渗透的生物水泥块
由大学土木与环境工程学院院长朱健教授领导的研究团队在2月22日发表在《环境化学工程杂志》上的概念验证研究论文中表示,2022年,他们发明的生物水泥可能成为可持续且经济高效的土壤改良方法,例如加固施工或开挖地面,控制海滩侵蚀,减少沙漠中的灰尘或风蚀,或者在海滩或沙漠中建造淡水水库。它还可以用作生物灌浆来密封岩石裂缝以控制泄漏,甚至可以修改和修复石雕和雕像等纪念碑
南洋理工大学土木与环境工程学院城市解决方案中心高级研究员吴世凡博士和土木与环境工程学院院长朱健教授,南洋理工大学举办了一个由尿素和碳化污泥制成的生物水泥砌块
生物水泥是传统水泥的可持续可再生替代品,在需要处理地面的建筑项目中具有巨大潜力;朱教授表示,他还是南洋理工大学城市解决方案中心主任;我们的研究通过使用两种废物作为原料,使生物水泥更加可持续。从长远来看,它不仅可以降低生物水泥的制造成本,还可以降低废物处理的成本。南洋理工大学科学家的研究支持南洋理工大学2025年战略计划,该计划旨在解决一些重大的人类挑战,包括通过促进可持续发展(尿液、细菌和钙)的研究和开发,减少人类对环境的影响。生物水泥配方简单
与传统水泥生产方法相比,生物水泥的制造过程需要更少的能源,产生更少的碳排放量。南洋理工大学团队生产的生物水泥由两种废物组成:工业碳化污泥(新加坡工厂生产乙炔气的废物)和尿液中的尿素,研究小组用酸处理电石渣以产生可溶性钙。然后将尿素添加到可溶性钙中,形成胶结溶液。然后,研究小组将细菌培养物添加到整合溶液中。培养物中的细菌会分解溶液中的尿素,形成碳酸盐离子;这些离子与可溶性钙离子发生反应,这一过程称为微生物诱导方解石沉淀(micp)。这一反应产生了碳酸钙,天然存在于白垩、石灰石和大理石中的坚硬固体材料。佛手柑新材料修复项目的试样由中国联合国教科文组织世界文化遗产大足石刻提供。使用生物水泥的修复工作由中国重庆大学杨扬博士完成。生物水泥溶液是无色的,因此修复工作可以保持雕刻的原始颜色
当这种反应在土壤或沙子中发生时,生成的碳酸钙将土壤或沙子颗粒结合在一起,以增加其强度并填充它们之间的孔隙,以减少水通过材料的泄漏。同样的工艺也可用于岩石裂缝,以便修复石雕和雕像。使用生物水泥加固的土壤具有高达1.7兆帕(MPA)的无约束抗压强度,高于使用相同水泥量处理的相同土壤的抗压强度。这使得团队的生物水泥适用于土壤改良项目,例如,加固地面或减少水渗透,沿海岸线修建或挖掘或控制海滩侵蚀
论文第一作者杨洋博士是南京大学博士生,也是城市解决方案中心的研究助理。现任重庆大学博士后研究员。
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