Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) нашли способ создания биоцемента из отходов, что делает альтернативу обычному цементу еще более экологичной и устойчивой.
Биоцемент — это возобновляемая форма цемента, в которой обычно используются бактерии для формирования реакции затвердевания, связывающей почву в твердый блок.
Ученым NTU удалось использовать два распространенных вида отходов, промышленный карбидный шлам и мочевину из мочи млекопитающих, для создания биоцемента.
Они разработали процесс, при котором реакция мочевины с ионами кальция в промышленном карбидном шламе приводит к образованию твердого вещества или осадка. Когда эта реакция происходит в почве, осадок связывает частицы почвы вместе и заполняет промежутки между ними, создавая компактную массу почвы. В результате получается прочный и менее проницаемый блок биоцемента.
Исследовательская группа под руководством профессора Чу Цзяня, председателя Школы гражданского и экологического проектирования, показала в исследовательской статье, подтверждающей концепцию, опубликованной в феврале 2022 года в Журнале экологической химической инженерии , что их биоцемент потенциально может стать устойчивым и экологически безопасным. а также рентабельным методом улучшения почвы, такой как укрепление грунта для использования в строительстве или земляных работах, борьбы с эрозией пляжей, уменьшение пылевой или ветровой эрозии в пустыне или строительство резервуаров с пресной водой на пляжах или в пустыне.
Его также можно использовать в качестве биозатирки для герметизации трещин в камне для предотвращения просачивания и даже для подкрашивания и ремонта памятников, таких как наскальные рисунки и статуи.
«Биоцемент является устойчивой и возобновляемой альтернативой традиционному цементу и имеет большой потенциал для использования в строительных проектах, требующих обработки земли», — сказал профессор Чу, который также является директором Центра городских решений NTU. «Наше исследование делает биоцемент еще более устойчивым за счет использования в качестве сырья двух типов отходов . В долгосрочной перспективе это не только удешевит производство биоцемента, но и снизит затраты на утилизацию отходов».
Биоцемент команды NTU создается из двух типов отходов: промышленного карбидного шлама — отходов производства газообразного ацетилена, поступающего с сингапурских заводов, — и мочевины, содержащейся в моче.
Во-первых, команда обрабатывает карбидный шлам кислотой для получения растворимого кальция. Затем к растворимому кальцию добавляют мочевину для образования цементирующего раствора. Затем команда добавляет бактериальную культуру в этот цементирующий раствор. Затем бактерии из культуры расщепляют мочевину в растворе с образованием ионов карбоната.
Эти ионы реагируют с растворимыми ионами кальция в процессе, называемом микробно-индуцированным осаждением кальцита (MICP). В результате этой реакции образуется карбонат кальция — твердый материал, который естественным образом содержится в меле, известняке и мраморе.
Когда эта реакция происходит в почве или песке, образующийся в результате карбонат кальция связывает частицы почвы или песка вместе, увеличивая их прочность, и заполняет поры между ними, чтобы уменьшить просачивание воды через материал.
Грунт, армированный биоцементом, имеет прочность на неограниченное сжатие до 1,7 МПа, что выше, чем у такого же грунта, обработанного эквивалентным количеством цемента.
Это делает биоцемент команды пригодным для использования в проектах по улучшению почвы, таких как укрепление грунта или уменьшение просачивания воды для использования в строительстве или земляных работах или для борьбы с эрозией пляжей вдоль береговой линии.
Исследовательская группа говорит, что если бы производство биоцемента можно было масштабировать до уровня традиционного производства цемента, общая стоимость его производства по сравнению со стоимостью обычного цемента была бы ниже, что сделало бы биоцемент более экологичной и дешевой альтернативой цементу.
Еще одним преимуществом метода команды NTU при составлении биоцемента является то, что и бактериальная культура, и цементирующий раствор бесцветны. При нанесении на почву, песок или камень сохраняется их первоначальный цвет.
Это делает его полезным для восстановления старых каменных памятников и артефактов. Например, доктор Ян Ян использовал биоцемент для ремонта старых памятников Будды в Китае. Биоцемент можно использовать для герметизации щелей в треснувших памятниках, а также для восстановления отломанных частей, таких как пальцы рук Будды. Поскольку раствор бесцветный, памятники сохраняют свой первоначальный цвет, сохраняя реставрационные работы верными истории.
В сотрудничестве с соответствующими национальными агентствами в Сингапуре команда в настоящее время испытывает свой новый биоцемент в парке Восточного побережья, где он используется для укрепления песка на пляже. При распылении растворов биоцемента поверх песка образуется твердая корка, предотвращающая вымывание песка в море.
Команда также изучает возможность дальнейшего крупномасштабного применения своего биоцемента в Сингапуре, например, для ремонта дорог путем заделки трещин на дорогах, заделки щелей в подземных туннелях для предотвращения просачивания воды или даже для выращивания коралловых рифов, где любят расти личинки каролов. на карбонат кальция.
Статья «Использование карбидного шлама и мочи для устойчивого производства биоцемента» опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering.
Дополнительная информация: Ян Ян и др., Использование карбидного шлама и мочи для устойчивого производства биоцемента, Журнал экологической химической инженерии (2022). DOI: 10.1016/j.jece.2022.107443
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com