Microsoft Word Ksi\271\277ka abstrakt\363w doc

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
182
T1: P–49 
Synthesis of geopolymer materials based on metakaoline 
and their potential application as sorbents 
 
Kamila Brylewska
1,2
, Magdalena Król
1
, Arkadiusz Knapik
1
, 
Kamil Wojciechowski
1
, and Włodzimierz Mozgawa
1
 
 
1 
Faculty of Materials Science and Ceramics, AGH University of Science and Technology, 
al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland, e+mail: [e-mail] 
2 
Faculty of Chemistry, Jagiellonian University, Ingardena 3, 30-060 Krakow, Poland 
  
 
Geopolymers  are  a  subgroup  of  amorphous  inorganic  aluminosilicates  with  structural 
elements  similar  to  those  of  crystalline  zeolites.  Their  structure  features  alumina  [AlO
4
]  and 
silica [SiO
4
] tetrahedra joined together with oxygen atoms [1]. The negative charge of [AlO
4
] is 
compensated by the presence of alkali metal ions, such as Na
+
 or K
+
. These materials are used in 
chemical  technology  as  additives  to  cement  or  slag  alkali  binders,  among  others.  Other 
applications of geopolymers include building materials and environmental protection. 
 
The degradation  of  the natural environment  as a major  consequence  of human activity  has 
been ongoing for a long time. This is true especially with regard to water, which is contaminated 
primarily with heavy metal cations. For this reason, materials with excellent sorptive properties, 
such  as  geopolymer  materials,  are  highly  desirable.  These  materials  are  environmentally 
friendly,  and  are  used  as  sorbents  of  heavy  metal  cations  [2].  For  example,  Zhang  et  al.  [3] 
studied  geopolymers  based  on  fly  ash  and  immobilized  Cr
6+
,  Cd
2+
,  and  Pb
2+
  ions.  It  was  also 
confirmed  that  geopolymers  can  have  high  adsorption  capacity  regarding  methylene  blue  and 
Cu
2+
 [3]. 
 
The aim of the study was to synthesize geopolymer materials and to evaluate their properties 
in  the  context  of  their  potential  use  as  self-supporting  zeolite  membranes.  For  this  purpose, 
metakaolin activated with solution of sodium silicate and sodium hydroxide was used. The raw 
material composition  expressed  in SiO
2
/Al
2
O
3
 and  Al
2
O
3
/Na
2
O  molar ratios and the activation 
temperature were selected so as to correspond to the basic chemical compositions and synthesis 
conditions of A, X and sodalite zeolites. The obtained materials were evaluated in terms of their 
structural  and  textural  properties  using  XRD,  SEM,  and  FT-IR.  It  was  demonstrated  that  it  is 
possible  to  obtain  zeolite  structures  in  the  form  of  composite  with  an  amorphous  matrix.  The 
selected materials were used in the sorption of selected heavy metal cations (Ni
2+
, Zn
2+
, Pb
2+
 and 
Cd
2+
) from aqueous solutions. It was found that the analyzed geopolymerization process allows 
to obtained a material with a potential application as heavy metal sorbent. 
 
Keywords: geopolymers; heavy metal cations; IR spectroscopy  
 
Acknowledgments 
This  work  was  financially  supported  by  the  National  Science  Centre  in  Poland  as  part  of  grant  no. 
2015/17/B/ST8/01200. 
 
References  
[1]  J. Davidovits, J. Mater. Educ. 16 (1994) 91-139. 
[2]  L. Zheng, W. Wang, Y. Shi, Chemosphere 79 (2010) 665-671. 
[3]  J. Zhang, J.L. Provis, D. Feng, J.S.J. Van Deventer, J. Hazard. Mater. 157 (2008) 587. 
 
 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
XIV
h
 International Conference on Molecular Spectroscopy, Białka Tatrzańska 2017
 
 
183
T1: P–50 
Influence of alkali metal cations/type of activator on the structure of 
alkali-activated fly ash – ATR-FTIR studies 
 
Piotr Rożek1, Magdalena Król
1
, Arkadiusz Knapik
1
, 
Damian Chlebda
2
, and Włodzimierz Mozgawa
1
 
 
1 
Faculty of Materials Science and Ceramics, AGH University of Science and Technology, 
al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland, e-mail: [e-mail] 
2 
Faculty of Chemistry, Jagiellonian University, Ingardena 3, 30-060 Kraków, Poland 
 
 
Geopolymers are  inorganic,  amorphous to  semi-crystalline materials. They  are synthesized 
by alkali-activation (e.g. by alkaline hydroxides) of fly ash, metakaolin or other aluminosilicate 
source.  Geopolymers  exhibit  thermal,  acidic  and  alkaline  resistance  as  well  as  relatively  high 
compressive strength [1]. These properties are related to the structure of geopolymers, i.e. chains 
of [SiO
4
] and [AlO
4
] tetrahedrons connected by oxygen bridges [2]. Formation of such Si–O–Al 
chains, which create a three-dimensional  network is called “geopolymerization”. Main product 
of  geopolymerization is amorphous aluminosilicate gel (N-A-S-H). Crystalline phases, such as 
hydroxysodalite, calcite, and zeolites were also identified in geopolymeric matrices. Presence of 
alkaline cations provides electrical charge balance of the geopolymer framework [3]. IR spectra 
may  be  successfully  used  to  observe  structural  changes  during  geopolymerization  [4]. 
Attenuated total reflectance FTIR spectroscopy technique (ATR) is used for in situ studies, also 
in geopolymers research [5, 6]. The aim of this work is to investigate geopolymerization of fly 
ash activated with different hydroxides by means of ATR-FTIR.  
 
Coal fly ash was a starting material. Alkali-activation was conducted with sodium hydroxide 
(NaOH),  potassium  hydroxide  (KOH),  and  lithium  hydroxide  (LiOH).  Molarity  of  the 
hydroxides solutions was 8 M. Water content was kept at the water/solid mass ratio of 0.4. ATR 
with  a  zinc  selenide  focusing  element  which  is  in  direct  contact  with  the  diamond  and  heated 
plate was used for in situ IR spectra measurement. Geopolymer paste was put to the ATR cell 
immediately after being mixed and then sealed with Teflon tape. Spectra have been collected at 
1 minute intervals in the range of 4000–650 cm
–1
 at 80°C. 
 
Changed  in  the  aluminosilicate  structure  of  the  spectra  has  been  detailed  analyzed.  This 
changed mainly affect both the integral intensity and FWHM of bands in the range of 4000–650 
cm
–1
,  however  dehydration  and  carbonation  process  can  be  also  analyzed  based  on  obtaining 
results. 
 
Keywords: ATR-FTIR; fly ash; geopolymerization; alkali hydroxides   
 
Acknowledgment 
This  work  was  financially  supported  by  the  National  Science  Centre  in  Poland  under  grant  no. 
2015/17/B/ST8/01200. 
 
References 
[1]  M. Jin, Z. Zheng, Y. Sun, L. Chen, Z. Jin, J. Non-Cryst. Solid. 450 (2016) 116. 
[2]  J. Davidovits, J. Therm. Anal. 37(8) (1991) 1633. 
[3]  D. Khale, R. Chaudhary, J. Mater. Sci. 42(3) (2007) 729. 
[4]  M. Król, J. Minkiewicz, W. Mozgawa, J. Mol. Struct. 1126 (2016) 200. 
[5]  C.A. Rees, J.L. Provis, G.C. Lukey, J.S.J. Van Deventer, Langmuir 23(15) (2007) 8170. 
[6]  C.A. Rees, J.L. Provis, G.C. Lukey, J.S. van Deventer, Langmuir 23(17) (2007) 9076. 
 
 
 

---