최적화된 마이크로웨이브 소결을 활용하여 안전하고 지속가능한 제품 생산

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4611(2023) 이 기사 인용

454 액세스

1 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

알칼리 활성화제인 수산화나트륨(NaOH)은 사용자 안전에 심각한 영향을 미치기 때문에 알칼리 활성화 바인더의 대량 생산에 중요한 한계를 제시합니다. 본 연구에서는 활성 비정질 분쇄 고로 슬래그(GGBFS)와 수산화나트륨 분말(NaOH)의 혼합물에 대한 효율적인 마이크로파 소결을 통해 안전하고 지속 가능한 일액형 알칼리 활성화 슬래그 혼합물(OP-AAS)을 제조했습니다. 다양한 처리 기간(10, 20, 30분)에서 혼합물에 대해 900W 전력의 마이크로파 에너지를 사용하여 다양한 마이크로파 소결 분말을 제조했습니다. 다양한 OP-AAS 혼합물의 신선하고 경화된 특성을 연구했습니다. 또한, X선 회절(XRD) 분석과 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 상조성과 미세구조를 조사하였다. 개발된 물질에 의해 유발되는 세포 사멸을 평가하여 사용자에 대한 안전성을 측정하기 위해 세포독성/생존율 테스트를 수행했습니다. 개발된 OP-AAS의 압축 강도, 세포 독성/생존 가능성 분석, 환경 영향 및 비용 계산에 따르면, 짧은 기간 동안 마이크로파 소결을 사용하는 것만으로도 건설 분야의 상업적 용도에 적합한 적절한 기계적 특성을 갖춘 안전한 결합 재료를 생산하는 데 충분하다는 결론을 얻었습니다. 부문.

알칼리 활성화 바인더(AAB)는 지속 가능성, 환경 및 경제적 고려 사항으로 인해 콘크리트 산업에서 포틀랜드 시멘트(PC)의 대체 바인더로 광범위하게 연구되어 왔습니다1,2,3,4,5. AAB는 PC 산업에서 활용되는 천연 자원을 보존하는 데 도움이 되는 폐기물 또는 부산물 재료로 제조된 지속 가능한 PC 대안입니다6,7. 또한 폐기물을 활용하면 폐기 또는 보관 시 필요한 넓은 공간이 절약됩니다8,9,10. 환경적으로 AAB는 PC에 비해 낮은 환경 발자국을 보여줍니다. 이는 PC 생산 1kg당 약 (0.5~0.82)kg의 CO2를 생성합니다11,12,13,14,15. 경제적으로는 대부분의 경우 제조 중에 높은 에너지 소비가 필요 없는 저가 재료(부산물)로 생산됩니다. AAB는 알칼리 매질(알칼리 활성화제)에 높은 비율의 실리카와 알루미나(알루미노규산염 공급원)를 함유한 기본 물질을 혼합하여 발생하는 지구중합 공정을 통해 형성됩니다. 알루미노실리케이트 소스는 메타카올린(MK)과 같은 지질학적 소스나 철강 생산 산업의 GGBFS, 역청탄 또는 무연탄 연소의 비산회(FA)와 같은 산업 부산물에서 얻을 수 있습니다22,23,24. 일반적으로 사용되는 알칼리성 활성화제는 수산화나트륨/칼륨(Na/KOH), 규산염(Na2/K2Si2O3), 탄산염(Na2/K2CO3) 및 산화물(Na2/K2O)이 될 수 있습니다. 알칼리 활성화 물질에 대한 많은 연구 끝에 AAB는 생산 방법에 따라 두 가지 주요 시스템, 즉 그림 1에서 알 수 있듯이 2부분 AAB 시스템과 1부분 AAB 시스템으로 분류될 수 있습니다.

알칼리 활성화 바인더 생산 분류.

전통적인 두 부분으로 구성된 AAB 시스템은 활성 비정질 알루미노실리케이트 물질이 이전에 준비된 강알칼리성 용액과 결합되는 AAB를 생산하는 주요 기술입니다. 두 부분으로 구성된 AAB는 중요한 특성을 가지고 있습니다. 압축 강도31,32,33, 결합 강도30,34 및 내피로 하중35,36측면에서 높은 기계적 특성을 나타냅니다. 또한 산37,38,39, 화학물질40,41, 동결-해동 주기42,43 및 고온44,45,46에 대한 저항성 측면에서 PC보다 내구성이 더 높습니다. 두 부분으로 구성된 AAB의 장점에도 불구하고 용액 형태의 알칼리 활성화제는 운송, 혼합 및 콘크리트 배치의 어려움으로 인해 확장성에 직면한 주요 과제 중 하나입니다. 더욱이, 활용되는 일부 알칼리 용액은 경제적, 환경적 문제를 안고 있다.