Následující příspěvek by snad mohl alespoň trochu přiblížit a demonstrovat potřebnost detailní strukturní analýzy i v oblasti, která je zdánlivě odlehlá od jemného materiálového či faramceutického výzkumu a primárně pracuje se stovkami a tísici tunami hmoty. Ano, jde o vysokotonážní odpadní produkty. Tyto vysoko-tonážní odpadní produkty a suroviny vznikající v průmyslovém měřítku nejčastěji v tepelných (uhelných) elektrárnách či při výrobě keramiky dnes představují značnou environmentální zátěž. Tyto odpadní produkty však vykazují značný potenciál jako vstupní suroviny pro výrobu geopolymerů. To jsou materiály, které mají řadu unikátních fyzikálně-chemických a materiálových vlastností a jsou velmi snadno dostupné a levné. Obvykle se využívají jako konstrukční prvky ve stavebnictví , kde nahrazují cemnet. Mohou ale také sloužit jako specifické materiály pro fixaci těžkých kovů, které se stále více vyskytují v okolním prostředí jako antropogenní produkty.
V současné době se využitím těchto vysoko-tonážních surovin ve smyslu výroby specifických sorpčních a fixačních systémů zabývá řada průmyslových společností. Využitelnost přepracovaných odpadů na bázi geopolymerů k výše uvedeným účelům se odvíjí nejen od receptury přípravy a procesu výroby, ale přímo souvisí s jejich strukturou zvláště v okolí aktivního místa, kde dochází k fixaci toxických částic (např. iontů těžkých kovů). Tato znalost je obecně klíčová pro optimalizaci receptury ve smyslu maximalizace sorpční kapacity či dlouhodobé stability fixace. Nicméně tato informace je vzhledem k relativně nízkému obsahu těchto aktivních míst téměř zcela nedostupná pro konvenční techniky. Nedostupnost těchto požadovaných strukturních parametrů tak brání vývoji těchto nových typů sorpčních materiálů a jejich širokému využití.
Náš nedávný výzkum prokázal, že tyto odpadní materiály lze skutečně cíleně přepracovat, a že lze spustit kontrolovanou reakci na jejímž konci je zvýšený obsah zeolitových nanočástic (Obrázek 1, Nano-Hybrid). Tyto nanostrukturované materiály pak typicky nabízejí zvýšené fyzikálně-chemické vlastnosti a to díky jejich rozsáhlé mezifázové oblasti. Pro účely zvýšené sorpce a fixace toxických iontů jsme takto syntetizovali aluminosilikátové hybridy, které obsahují zvýšený obsah nanodomén zeolitů konjugovaných syntetickými polymery speciálně vypěstovanými na organicko-anorganickém fázovém rozhraní. Dominantní matrice, tedy anorganická amorfní Al-O-Si hmota, je primárně připravena alkalicky aktivovanou nízkoteplotní transformací odpadního metakaolinu. Současně probíhající kopolymerace organických ko-monomerů pak vytváří sekundární epoxidovou síť kovalentně vázanou na aluminosilikátovou matrici. Tato sekundární epoxidová fáze nejen že zvyšuje mechanickou integritu výsledných hybridů, ale také zavádí další vazebná místa do materiálu přístupná pro kompenzaci negativního náboje. Tímto způsobem polymerní síť zahajuje růst a následnou transformaci protokrystalických zeolitových domén, které jsou lokalizovány na organicko-anorganickém rozhraní. Na těchto místech je pak lokální geometrie výhodná pro tvorbu párů sodných iontů, a právě tyto páry jsou během iontové výměny přednostně obsazeny toxickými částicemi, v tomto případě ionty Pb2 +, a trvale fixovány v matrici.
Je tak tedy zřejmé, že poznání mechanismu fungování fixace toxických iontů v matrici umožňuje jejich optimalizaci a lepší a cílené přepracování odpadních surovin.
Autor: Jiří Brus