Инженерные ячеистые магматические материалы (ECM) — это синтетический камень из стекла и керамики. ECM копируют редкие, встречающиеся в природе вулканические материалы и демонстрируют полезные структурные и химические свойства этих материалов. Министерство энергетики США признало ECM передовым материалом, финансируя дальнейшие исследования в области производства и применения ECM через ARPA-E и Национальную лабораторию Саванна-Ривер.
Характеристики
ECM могут быть спроектированы так, чтобы включать широкий спектр видов силикатов с различной реакционной способностью. Их физическая структура может варьироваться от закрытой до открытой ячейки, напоминая пемзу или пористую керамику. Они могут состоять из внутренних пор и везикулярных структур с индивидуальными поперечными сечениями, которые могут измеряться от миллиметра до нанометра. Разновидности с открытыми ячейками демонстрируют обширные площади поверхности, которые усиливают возможности ионного обмена (как катионного, так и анионного). Эти особенности делают их хорошо подходящими для различных применений фильтрации и рекультивации цементных конструкций. Обычно они содержат как аморфные, так и кристаллические структуры.
Приложение
Известные области применения ECM включают фильтрацию воздуха и воды, биологическую и химическую очистку, среду обитания микробов, почву и цементирующие добавки. Их также можно использовать при производстве различных форм цеолита благодаря образующейся силикатной решетке, а также в различных реакторах химического разделения. Они соответствуют стандартным спецификациям ASTM для легких заполнителей для конструкционного бетона и превосходят их, а также превосходят стандарты ASTM для растительных материалов для зеленых крыш.
История
ECM имеют общую историю с пеностеклом, но разработаны для определенной химической реактивности и структурных свойств, которые обычно не считаются областью пеностекла. Термин инженерный ячеистый магматический был принят для описания материала в конце 2019 года изобретателем Робертом Хастом. Другие названные изобретатели включают Джина Рэмси, Кори Трайвелписа, Герта Нильсена и Филиппа Галланда.
Производство
ECM могут быть изготовлены из сырья (минералов с высоким содержанием кремния) и ряда отходов и переработанных материалов, которые, благодаря их использованию, представляют собой значительную экономию как энергии, так и выбросов углерода. ECM были успешно созданы с использованием различных потоков отходов, переработки отходов стекла, золы отходов муниципальных мусоросжигательных заводов, отходов углеродного волокна и отходов различных типов горнодобывающей промышленности. Процесс производства аналогичен процессу производства спеченного пеностекла или керамики, состоящему из 1) измельчения исходных материалов в порошок, 2) обжига материала при различных уровнях термического воздействия (500º — 2000 °C), когда он 3) проходит через 36-метровую (120 футов) длинную печь.