Lead-chlorine synergistic immobilization mechanism in municipal solid waste incineration fly ash (MSWIFA)-based magnesium potassium phosphate cement

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作者
Xing Cao,Qiushi Zhang,Weichen Yang,Fang Lin,Shiwei Liu,Rui Ma,Kai Guo,Ning Ma
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:442: 130038-130038 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.130038
摘要

The high chlorine (Cl) and lead (Pb) content characteristics of municipal solid waste incineration fly ash (MSWIFA) pose environmental risks and hinder resource utilization. Herein, an MSWIFA-based magnesium potassium phosphate cement (MKPC) preparation strategy was developed, which allowed the MSWIFA recycling and the Pb-Cl synergistic immobilization without the washing pretreatment. The compressive strength of the resulting 10 wt.% MSWIFA-based MKPC was 28.44 MPa, with over 99.2% reduction in leaching toxicity of Pb and Cl. The high-angle annular dark field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) analyzes showed that Pb, phosphate and Cl - formed Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl in MKPC. In-situ X-ray diffraction (XRD) tests showed that Pb 3 (PO 4 ) 2 was gradually transformed to Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl through a dissolution-precipitation process. The formation energy, Bader charge, charge density difference and density of states (DOS) of Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl were analyzed by first-principles calculations, confirming that Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl was more thermodynamically stable than Pb 3 (PO 4 ) 2 and PbCl 2 and that electronic interactions between Pb-p, O-p, P-p and Cl-p orbits were the origin of Pb-Cl synergistic immobilization. This work provides a new strategy for the resource utilization of MSWIFA without washing pretreatment, and provides an in-depth understanding of the Pb-Cl synergistic immobilization mechanism. • No-wash municipal solid waste incineration fly ash (MSWIFA) treatment was proposed. • The MSWIFA-based magnesium potassium phosphate cement (MKPC) was fabricated. • The 10 wt.% MSWIFA-based MKPC showed over 99.2% reduction in Pb and Cl - leaching. • Pb 3 (PO 4 ) 2 was transformed to Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl via a dissolution-precipitation process. • Interatomic interactions of Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl enabled Pb-Cl synergistic immobilization.

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