通过机械与碱激发工程增强城市固体废物气化渣作为低碳胶凝材料的反应性

《Environmental Research》：Reactivity enhancement of municipal solid waste gasification slag as a low-carbon binder via mechanical and alkaline activation engineering

　　

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  球磨增强了MSWGS碱激材料（AAM）的早期强度，但对28天强度的提升有限。
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  6 M NaOH促进了MSWGS碱激材料的强度发展和反应均匀性。
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  经NMR验证，较高的SiO₂/Na₂O提高了强度和铝硅酸盐聚合度。
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  较高的SiO₂/Na₂O增加了碳化程度，可能有助于产生填充效应。
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  与GGBS碱激材料和普通硅酸盐水泥（OPC）相比，MSWGS碱激材料的强度归一化全球变暖潜值（GWP）最低。

章节摘要

引言

在城镇化和工业化的推动下，近年来全球水泥产量已增至40亿吨以上[1]。然而，由于石灰石煅烧以及窑加热的高能耗需求，水泥生产约占全球CO₂排放量的7–8%[2]。因此，除了降低水泥中的熟料含量[3]外，开发补充性胶凝材料和替代性胶凝剂已成为重要的研究焦点[4]。

碱激材料（AAMs）

材料

MSWGS（城市固体垃圾熔融渣）取自新加坡的WTERF，该设施采用高温熔融气化技术，将南洋理工大学（NTU）校园收集的城市固体废物（MSW）进行水淬和磁选（以去除可回收金属）处理，从而产生熔融渣。GGBS（粒化高炉矿渣）取自中国恒源新材料有限公司，作为参照材料。两者均分别用作制备碱激材料（AAMs）的胶凝剂。

颗粒

原材料特性

如图1(a)所示，MSWGS呈现绿色、玻璃质且不规则的形态。其粒度分布显示，50%的累积颗粒质量在0.5–1 mm范围内（图1(b)）。相比之下，GGBS呈现为白色粉末，颗粒形状不规则（图1(c)），平均粒径为15.2 μm（图1(d)）。如图1(e)和(f)所示，XRD确认了GGBS和MSWGS中均存在方解石，并进一步由约600–700处的质量损失予以证实。

结论

基于所采用的分步筛选程序，MSWGS通过机械活化和碱活化展现了作为AAMs独立胶凝剂的潜力。主要发现及相关假设总结如下：

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  机械活化通过促进Si和Al的溶解增强了MSWGS的早期反应活性和强度，但对28天强度的提升有限，表明长期物理细化的效果有限。
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  使用6 M NaOH进行碱活化提供了

CRediT作者贡献声明

Grzegorz Lisak：写作–审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法论、概念化。Chia-Ho Wu：写作–原稿撰写、方法论、调查、形式分析、数据管理、概念化。Wei Ping Chan：写作–审阅与编辑、验证、方法论、概念化。Zheng Hui Phua：写作–审阅与编辑、验证、方法论、调查、概念化

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Grzegorz Lisak报告由南洋理工大学提供财务支持。Grzegorz Lisak报告与Elsevier存在关系，包括：董事会成员身份。我是《Environmental Research》期刊的联合主编。如有其他作者，他们声明没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系……

致谢

本研究由新加坡国家研究基金会和新加坡国家水务局PUB支持，在其RIE2025城市解决方案与可持续发展（USS）（水务）卓越中心（CoE）计划下，为新加坡南洋理工大学南洋环境与水研究所（NEWRI）提供资金。本文中所表达的任何意见、发现、结论或建议均为作者本人的观点，并不代表……

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