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【綠色科技】工業廢料再生 變身環保生物水泥

16:00 2022/05/28

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團隊採用了兩種常見的工業廢料——工業電石渣(industrial carbide sludge)和尿素(urea),來製造生物水泥。(新加坡南洋理工大學)

水泥是現代建築不可或缺的材料,但傳統水泥的製作過程需要在攝氏逾1,000度的高溫下進行,產生大量二氧化碳。新加坡南洋理工大學(NTU)的科學團隊以創新方法,利用電石渣等工業廢料製造生物水泥,且可在室溫下進行生產,毋須燃燒任何東西,是一個更環保、能源需求更少的過程。

由工業電石渣和尿素製成

負責率領團隊的土木與環境工程學院院長Chu Jian表示,生物水泥是一種可再生形式的水泥,通常利用細菌形成硬化反應,將土壤結合成固體塊。團隊採用了兩種常見的工業廢料——工業電石渣(industrial carbide sludge)和尿素(urea),來製造生物水泥。

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首先,研究團隊利用液體酸處理電石渣,產生可溶性鈣。尿素被添加到可溶性鈣中,形成一種膠結溶液。接着將細菌培養物添加到膠結溶液中,而細菌就會分解溶液中的尿素,形成碳酸鹽離子。

碳酸鹽離子在「微生物誘導碳酸鈣沉澱」(MICP)的過程中,與可溶性鈣離子產生化學反應,從而形成碳酸鈣(calcium carbonate)。碳酸鈣是一種堅硬的固體材料,自然存在於白堊岩、石灰石和大理石之中。

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當MICP發生在土壤或沙子時,產生的碳酸鈣會將土壤或沙子顆粒黏合在一起,填充它們之間的孔隙,大幅減少水份通過材料的滲漏,從而形成一種堅固、結實和不透水的生物水泥塊。Chu Jian指出,同樣的過程也可用在岩石縫隙上,因此這種生物水泥也可用來修復岩石雕刻和雕像。

強度比傳統水泥更高

使用生物水泥加固的土壤具有高達1.7兆帕(MPa)的無約束壓縮強度,這比使用等量水泥處理的相同土壤的強度更高。

生物水泥的另一優勢,由於細菌培養物和膠結液都是無色的,所以當應用於土壤、沙子或岩石時,它們的原始顏色會被保留下來,非常適合用來修復破裂的文物縫隙。

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責任編輯:陳卓賢

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