Understanding the interactions between calcium silicate hydrate (C-S-H) and heavy metals is vital for optimizing the use of solid waste in cementitious materials. This paper introduces an innovative approach to elucidate the immobilization mechanism of Cu2+, a representative heavy metal. The roles of Ca2+ and OH− in Cu2+ immobilization were comprehensively investigated through being treated by C-S-H samples with varying interlayer Ca2+ contents via meticulous immersion in ammonium chloride (NH4Cl). Our results indicate that Cu2+ immobilization primarily occurs via complete substitution of interlayer Ca2+ and partial substitution of intralayer Ca2+, with contributions of 40 % and 59 %, respectively, for a Ca/Si ratio of 1.2. Minor mechanisms like OH− complexation and surface adsorption account for the remaining immobilization. The formation of Si-O-Cu complexes was confirmed by X-ray photoelectron (XPS) and Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) analysis. This study provides a quantitative methodology that informs strategies for sustainable cementitious waste utilization.

中文翻译：

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硅酸钙水合物 （CSH） 量化重金属的固定化机制：Cu2+ 的情况


了解水合硅酸钙 （CSH） 和重金属之间的相互作用对于优化水泥材料中固体废物的使用至关重要。本文介绍了一种创新方法来阐明代表性重金属 Cu2+ 的固定化机制。通过用具有不同层间 Ca2+ 含量的 C-S-H 样品细致浸泡在氯化铵 （NH4Cl） 中，全面研究了 Ca2+ 和 OH− 在 Cu2+ 固定化中的作用。我们的结果表明，Cu2+ 固定化主要通过层间 Ca2+ 的完全取代和层内 Ca2+ 的部分取代而发生，贡献分别为 40% 和 59%，Ca/Si 比为 1.2。OH− 络合和表面吸附等次要机制解释了剩余的固定化。通过 X 射线光电子 （XPS） 和扩展 X 射线吸收精细结构 （EXAFS） 分析证实了 Si-O-Cu 配合物的形成。本研究提供了一种定量方法，为可持续水泥基废物利用策略提供信息。