Sažetak
Ovaj rad ima za cilj da ispita mogućnost sinteze geopolimera zasnovanih na pepelu iz termoelektrana uz dodatak plastičnog otpada (polietilen visoke gustine – HDPE i polipropilen – PP). Ispitivan je uticaj količine plastičnog otpada, vremena očvršćavanja i odnosa čvrste i tečne faze (S/L) na pritisnu čvrstoću geopolimera na bazi pepela.
Rezultati su pokazali da se geopolimeri na bazi pepela sa dodatkom plastičnog otpada mogu uspješno sintetisati pri S/L odnosu od 0.9 i 1, masenom odnosu alkalnog aktivatora (Na₂SiO₃/NaOH) od 1 i dodatku plastike do 30%. Najveću čvrstoću su pokazali geopolimeri dobijeni zamjenom 10% pepela plastičnim otpadom, očvršćavani 48 sati pri S/L odnosu 0.9. Generalno, geopolimeri sa dodatkom HDPE-a dostižu veću čvrstoću u poređenju sa onima pripremljenim sa PP pod istim uslovima sinteze.
Ključne riječi: pepeo, geopolimeri, plastični otpad, polietilen visoke gustine (HDPE), polipropilen (PP), pritisna čvrstoća
1. UVOD
U skladu sa Pariškim sporazumom iz 2016. godine, globalno zagrijavanje mora biti ograničeno na 1,5 ºC kako bi se smanjio efekat staklene bašte [1]. Neophodno je, dakle, minimizovati antropogene emisije ugljen-dioksida u atmosferu iz glavnih izvora, uključujući i industriju cementa. Prilikom proizvodnje jedne tone cementa emituje se približno 0,9 tona CO₂ [2]. Procjenjuje se da globalna proizvodnja cementa doprinosi sa oko 8% ukupnoj emisiji CO₂ [3], a njegova zamjena sekundarnim sirovinama mogla bi smanjiti godišnje globalne emisije CO₂ i do 1,3 gigatona [4].
Sa tog aspekta, pepeo iz termoelektrana na ugalj intenzivno se istražuje u posljednje dvije decenije kao djelimična ili potpuna zamjena za cementno vezivo u građevinarstvu. Inovativna tehnologija poznata kao geopolimerizacija omogućava korišćenje pepela za proizvodnju novih ekološki prihvatljivih građevinskih materijala – geopolimera, koji se danas smatraju alternativom cementnim vezivima.
Geopolimeri nastaju dejstvom alkalnih aktivatora na prirodne minerale ili čvrsti industrijski otpad bogat silicijumom i aluminijumom. Ovi materijali su ekološki prihvatljivi jer njihova proizvodnja emituje manje CO₂ i ne troši prirodne resurse, dok su im pritisna čvrstoća i trajnost uporedivi sa cementnim materijalima.
S druge strane, postojeći nivo upotrebe i odlaganja plastike globalno stvara ozbiljne ekološke probleme, budući da je riječ o postojanom organskom zagađivaču. Svake godine milioni tona plastike završe u životnoj sredini, uzrokujući ekonomske, zdravstvene i estetske probleme. Pošto se plastični otpad takođe može koristiti u građevinskim materijalima [5], cilj ovog istraživanja bio je ispitati mogućnost kovalorizacije pepela i plastičnog otpada (HDPE i PP) putem procesa geopolimerizacije.
2. EKSPERIMENTALNI DIO
Pepeo je dobijen iz termoelektrane u Pljevljima, a plastični otpad (PP i HDPE) iz preduzeća MONTWAY Podgorica. Slike izvornih materijala prikazane su na slici 1 (a–c).
Geopolimeri na bazi pepela koji sadrže PP (označeni kao FPP) i HDPE (označeni kao FHDPE) pripremljeni su dodavanjem plastičnog otpada umjesto dijela pepela u količini od 10 do 30% ukupne mase čvrste faze.
Prvo je pepeo pomiješan sa alkalnim aktivatorom pri odnosima čvrsto/tečno (S/L) od 0.9 i 1, a zatim je dodat plastični otpad. Alkalni aktivator je pripremljen miješanjem 7M NaOH rastvora i Na₂SiO₃ rastvora (komercijalnog vodenog stakla) u masenom odnosu 1:1.
Pripremljeni geopolimeri su uliveni u plastične kalupe, zaptiveni i očvršćavani u rerni na temperaturi od 65 °C tokom 24 i 48 sati. Nakon 7 dana uzorci su izvađeni iz kalupa i testirani na pritisnu čvrstoću.
3. REZULTATI I DISKUSIJA
Početne komponente (pepeo, PP, HDPE) i dobijeni geopolimeri prikazani su na slici 1 (a–e), dok je uticaj doze plastičnog otpada na pritisnu čvrstoću prikazan na slici 2.
Rezultati pokazuju da se geopolimeri mogu sintetisati sa dodatkom i PP i HDPE otpada. Produženje vremena očvršćavanja sa 24 h na 48 h doprinosi jačanju geopolimernog skeleta, bez obzira na vrstu plastike.
Geopolimeri dobijeni sa HDPE pokazuju veću pritisnu čvrstoću od onih sa PP. Najveća čvrstoća (13,5 MPa) dobijena je za geopolimere sa 10% HDPE. Povećanje udjela HDPE-a na 30% dovelo je do slabljenja strukture i pada čvrstoće na 6,2 MPa.
Sličan trend uočen je i kod PP – maksimalna čvrstoća (11,5 MPa) pri 10% PP, a najmanja (4 MPa) pri 30% PP.
Uticaj odnosa S/L na čvrstoću prikazan je na slici 3. Ovaj uticaj je izražen samo pri dodatku od 10% plastike – uzorci pripremljeni pri S/L = 0.9 imali su veću čvrstoću nego oni pri S/L = 1. Pri većim količinama plastike, S/L odnos praktično nije imao uticaja.
4. ZAKLJUČAK
Geopolimeri na bazi pepela uspješno su sintetisani sa dodatkom plastičnog otpada (PP i HDPE) do 30%. Najveća čvrstoća postignuta je pri zamjeni 10% pepela plastikom, dok su uzorci sa HDPE generalno pokazali bolje mehaničke osobine od onih sa PP. Optimalni uslovi sinteze postignuti su pri S/L odnosu 0.9, a produženje vremena očvršćavanja sa 24 h na 48 h dodatno je ojačalo strukturu geopolimera.
Zahvalnica
Ovaj rad je finansiran od strane Inovacionog fonda Crne Gore, Ugovor o grantu br. CGI-004-24.
Literatura
[1] UN, Pariški sporazum, https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement (pristupljeno: 15. jun 2025.)
[2] F.N. Stafford, F. Raupp-Pereira, J.A. Labrincha, D. Hotza, J. Cleaner Prod., 137 (2016) 1293–1299.
[3] F. Belaïd, Resour. Conserv. Recyl. Adv., 15 (2022) 200084.
[4] I.H. Shah, S.A. Miller, D. Jiang, R. Myers, J. Nat. Commun., 13 (1) (2022) 5758.
[5] K.H.D. Tang, CSUE, 2 (2) (2022) 96–109.
