粉煤灰矿化CO2研究进展

CO₂等温室气体大量排放引起了全球气候变暖等生态问题,已成为全人类生存面对的重大挑战,CO₂矿化是应对此挑战的关键技术之一。相对富煤、贫油、少气的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以CO₂排放强度高的煤炭为主,其燃烧产生的工业固废粉煤灰也面临巨大的处理难题。相比传统矿化原料,粉煤灰因具有产量大、获取容易和运输成本低等特点受到广泛关注。粉煤灰自身可通过直接矿化和间接矿化实现CO₂矿化封存,在CO₂矿化封存的同时,可大幅降低与粉煤灰堆积或处理相关的环境风险。在碳达峰和碳中和目标下,利用粉煤灰矿化封存CO₂是一项应对全球变暖具有巨大潜力的高效策略。介绍了我国粉煤灰排放和利用现状,回顾了粉煤灰直接矿化和间接矿化的研究进展,对比分析了不同矿化工艺的优缺点,明晰了CO₂矿化过程中工艺参数对粉煤灰矿化效率的调控机理。针对粉煤灰矿化CO₂缺乏机制性的解释这一问题,通过介绍常用于描述CO₂矿化反应的缩核模型和...     

二氧化碳矿化高钙基固废制备微细碳酸钙研究进展

微细碳酸钙作为一种重要的化工填充物,广泛地应用于造纸、油墨、橡胶、塑料等行业。随着当前碳减排行动的日趋深入,微细碳酸钙制备从原料到工艺路线已经越来越多元化。利用工业高钙原料,如钢渣、电石渣、废弃石膏等作为钙源耦合CO₂制备微细碳酸钙的技术越来越被关注。本文综述了CO₂矿化高钙固废制备微细碳酸钙的研究进展,分别对采用氧化钙、氢氧化钙、硫酸钙以及高钙基工业固废等材料制备微细碳酸钙进行了具体介绍。比较了在不同材料与CO₂矿化反应制备碳酸钙的技术特性以及优化碳酸钙产品性能方面的最新成果,并对最具代表性的工业固体废弃物制备微细碳酸钙技术规模化应用及环境经济性评价进行了总结归纳。在初步技术经济分析的基础上,发现当前CO₂矿化高钙固废制备微细碳酸钙的规模化应用主要受限于碳酸钙结晶速度快、运行成本高及能源强度大等方面。为更好地开展大规模工业化应用,建议如下：一是针对碳酸钙结晶过程,着眼于微观反应机制和高钙固废材料特性,开发有效适用于工业应用的控制方法;二是将工业固废资源化与合成精细化碳酸钙技术耦合,推进特定工艺开发...     

磷石膏矿化CO2制备球霰石型碳酸钙试验研究

以磷石膏为原料,采用氯化铵盐浸预处理方法获得磷石膏盐浸液,以该溶液为钙源矿化CO₂制备球形球霰石型碳酸钙。首先采用4因素3水平正交试验确定最佳试验条件,再通过XRD、SEM分析探究不同温度下产物的物相与形貌的变化规律,结果表明：不添加任何晶型控制剂,在碳化温度为22℃、氨水加入量为10.00%、搅拌速度为650 r/min、CO₂流速为0.3 L/min的条件下,可以得到球形球霰石型碳酸钙。在同一温度下,随着氨水加入量的增加,碳酸钙中球霰石含量升高。     

多种晶型纳米碳酸钙制备及生长机理的研究进展

纳米碳酸钙作为一种通用材料,具有广泛的应用前景和市场需求,近年来备受关注。然而,由于纳米碳酸钙晶型的多样性,导致其在不同领域具备不同的应用潜力。因此,对不同晶型纳米碳酸钙的制备方法、生长影响因素及形成机制进行了深入研究,并且有目标地制备特定晶型产品已成为当前研究的焦点。首先概述了纳米碳酸钙结构,并总结了两种常见制备方法的优缺点和机理;其次重点阐述了晶型控制剂和制备工艺对纳米碳酸钙晶型调控方面的研究进展,并介绍了两种反应器能够增强溶液间微观混合效果,从而大幅提高整体反应效率;最后综述了纳米碳酸钙结晶过程同时受晶体成核和晶体生长共同控制。通过研究这两个结晶过程可以更好地理解内在机理,最终实现晶型和形貌的精确调控。     

固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展

CO₂捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO₂捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO₂捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO₂捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO₂捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。     

CH3COONa-NH4OH-H2O体系下磷石膏矿化CO2-联产高纯CaCO3

基于我国面临CO₂减排与磷石膏资源化利用的巨大压力,本文提出助剂循环使用的CO₂矿化与磷石膏资源化利用过程耦合的学术思想,立题以磷石膏为原料,研究醋酸钠体系下氨水强化磷石膏浸出液矿化CO₂联产高纯CaCO₃的反应过程。实验过程中系统讨论了不同工艺条件对磷石膏中Ca²⁺的浸出及浸出液矿化CO₂反应效能的影响,并系统表征了反应条件对矿化产物晶粒尺寸、结构与形貌的影响。结果表明：低温常压条件下1t磷石膏可以矿化吸收208kg的CO₂,同时联产472kg纯度为99.63%的球形球霰石。通过调节矿化反应条件可有效调控矿化产物的晶粒尺寸;提高反应温度和延长反应时间有利于亚稳态的球霰石向热力学更稳定的文石和方解石转化。实验过程中实现了醋酸钠的循环利用与回收。本文为磷石膏的资源化利用与高纯CaCO₃的制备提供了新的思路。     

球霰石型碳酸钙的调控制备研究进展

球霰石型碳酸钙具有独特的物理、化学、生物和机械特性,在日用、生物医药和新材料等领域极具应用前景。然而,球霰石型碳酸钙是碳酸钙三种无水晶体中热力学性能最不稳定的一种,极易转换为文石型或方解石型碳酸钙,尤其是在潮湿环境或者水溶液中,这就导致球霰石型碳酸钙在生产、加工和应用方面存在诸多困难。因此,球霰石型碳酸钙的稳定制备一直是碳酸钙领域的热点之一。本文综述了近些年来有关球霰石型碳酸钙的稳定调控制备方法,包括碳化法、复分解法、生物矿化法、模板法等,并将这些方法按照制备原理和实施工艺进行了分类归纳,阐述了它们的优缺点及应用前景,分析了在调控制备过程中各项因素的影响规律,旨在为实现工业上球霰石型碳酸钙的稳定制备提供理论参考。     

可溶性添加剂对碳酸钙晶型及形貌控制的研究进展

碳酸钙的晶型及形貌直接影响它的性能,涉及到众多的应用领域.本文结合近几年碳酸钙合成的研究进展,综述了可溶性添加剂对碳酸钙晶型及形貌的影响;重点介绍了在碳酸钙的制备过程中常用的可溶性小分子、可溶性大分子及水溶性表面活性剂三类可溶性添加剂对碳酸钙晶型及形貌的影响,并对其作用机理进行了初步探讨,为碳酸钙的工业应用提供了理论指导.     

碱性工业固废矿化封存二氧化碳研究进展

温室效应引起的全球变暖已经影响到人类的生存和发展,CO₂减排刻不容缓。CO₂矿物碳酸化作为一种CO₂减排技术,受到越来越多的关注。相对于传统天然矿化原料,碱性工业固废具有反应速率快、碳酸化效率更高、能耗低等特点,并且利用碱性工业固废进行CO₂矿化还可以产出高附加值产物用于化工、建筑等领域。本文主要综述了碱性工业固废的矿化机理,利用碱性工业固废(粉煤灰、钢渣、电石渣)进行CO₂碳酸化的研究进展及吸收-矿化一体化(IAM)技术。对于以碱性工业固废为原料的碳酸化技术,未来应进一步加强机理和生命周期影响评价的研究并优化工艺流程;针对IAM工艺今后应开发出高效、经济的吸收剂和封存能力更好的矿化原料,并加强对IAM工艺反应机理的研究。     

镁离子对碳酸钙晶型影响研究

利用扫描电子显微镜( SEM)和X-射线衍射(XRD)技术对加入Mg2+后生成的CaCO3形貌和晶型进行了表征,探讨了Mg2+对CaCO3结晶过程和晶型的影响.结果表明,加入Mg2+后生成的CaCO3晶型主要为文石和方解石,且文石的含量高于方解石.随着加入Mg2+浓度的增加,文石含量逐渐增加,文石的针状晶须趋于细化.当Mg2+浓度高于0.50 mmol· L-1时对方解石有很强的抑制作用,溶液中Mg2+的存在有利于CaCO3晶型由方解石向文石转化.     

CO2协同镁渣基固废制备纤维板及其性能与微结构

镁渣是冶炼镁过程中产生的固体废弃物,存在着活性低和体积稳定性差等问题。本研究以镁渣和纸浆纤维为原料,制备了一种固碳纤维板(CFB),并系统研究了蒸压养护、碳化养护以及碳化–蒸压养护对固碳纤维板性能的影响,以及碳化镁渣浆体和纸浆纤维之间的界面微结构。结果表明,只经过蒸压养护的CFB,其体积稳定性差,抗折强度仅为4.5 MPa;而碳化8 h后CFB的抗折强度和CO₂吸收量分别达到17.3 MPa和14.4%。此外,通过碳化–蒸压养护后CFB的抗折强度可以进一步提高到20.2 MPa。微观结构和纳米压痕的结果表明,碳酸钙晶体(文石和方解石)与C–S–H一起填充了孔隙,增强了纸浆纤维与硬化浆体间的界面微观性能,这是CFB经过碳化–蒸压养护后具有较高抗折强度的主要原因。     

填料碳酸钙的制备及其形状与晶型控制研究进展

介绍了碳酸钙研究的新进展，主要讨论了普通碳酸钙，碳酸钙晶须和纳米碳酸钙的制备方法和机理，以及碳酸钙晶体的形状与晶型控制。     

多相反应与沉淀CaCO3的晶型

讨论了在多相反应系统中反应温度、CO2浓度和搅拌速度等对沉淀CaCO3晶型和粒径的影响.测定了反应过程中碳化率和电导率的相关变化.实验表明,在30℃以下可获得立方体CaCO3沉淀,在30℃以上可获得纺锤型CaCO3沉淀.     

以可溶性淀粉为晶型调控剂制备多孔球形碳酸钙

利用简单易行的复分解反应,以氯化钙和碳酸钠为合成试剂,以可溶性淀粉（SS）为晶型调控剂,制备出以球霰石晶型为主的碳酸钙多孔微球。通过单因素条件实验,分别考察可溶性淀粉添加量、碳酸钠溶液滴加速度、氯化钙与碳酸钠的物质的量比对碳酸钙形貌和晶型的影响。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）对其晶型、形貌进行表征。研究表明当SS添加量为0.5 g,滴加速度为1.5 mL/min,氯化钙与碳酸钠的物质的量比为1∶1时,可制备获得4~5 μm的多孔球霰石碳酸钙。     

CO2矿化燃煤灰渣基加气混凝土配方研究

为实现燃煤固体废弃物和捕集后CO₂的资源化利用,以煤基废弃物燃煤灰渣、脱硫石膏为主要原料,以矿渣为补充胶凝材料,研究了固废配比、矿化养护压力、矿化养护温度对加气混凝土抗压强度和CO₂固定率的影响。通过XRD、SEM分析了不同矿化养护制度下的晶相结构和微观形貌,通过压汞法研究了不同养护工况对加气混凝土孔隙结构的影响。结果表明,合适的剩余水灰比有助于提高加气混凝土的CO₂固定率和早期抗压强度;CO₂养护压力由0.05 MPa上升至1.00 MPa时,加气混凝土的固碳率提高24.8%,抗压强度先上升后降低,养护压力在0.1 MPa时达到峰值;CO₂养护温度由25℃上升至105℃时,加气混凝土固碳率和抗压强度先上升后下降,固碳率在45℃时达到最大值7.21%,抗压强度在65℃时达最大值3.53 MPa;通过XRD和SEM分析可知,主要矿化产物为碳酸钙,并以方解石和球霰石的形态存在,较高养护压力(≥0.2 MPa)易导致产物界面出现细微裂缝,而随养护温度升高,矿化产物与水化产物同时出现;...     

CO2原位矿化选址关键参数及其封存潜力评估研究进展

温室气体特别是二氧化碳的大量排放,是导致全球变暖的主要原因之一。根据国际能源署的报道,碳捕集利用和封存(CCUS)技术是缓解全球气候变化的重要措施之一,约占累计碳减排量的15%。原位矿化封存技术基于快速CO₂矿化机制,以镁铁质岩石和超镁铁质岩石(玄武岩、橄榄岩等)地层为碳封存位点,利用CO₂与富含Ca、Mg元素矿物的矿化反应,转变为稳定的碳酸盐,从而达到永久且高效封存CO₂的目的。冰岛和美国的中试项目已经证明了该技术的可行性,但中国尚未进行相关示范项目。本文介绍了原位矿化封存技术的机理、CO₂封存潜力的评估手段及其面临的风险与挑战,讨论了已开展的案例项目及其技术细节,梳理了实施该技术所必需的选址关键参数(包括源-汇距离、矿物类型、注入性、封闭性等),并基于目前研究对其前景进行展望,以期提高我国对原位矿化技术的认识和重视,为推动该领域进一步发展提供理论指导。     

多晶型MnO2改善富锂锰基正极材料的电化学性能

富锂锰基正极材料由于具有较高的理论比容量,被认为是下一代锂电池最有前途的正极材料之一。但在循环过程中存在比容量低、倍率性能差、衰减速度快等问题。基于此,本文采用水热法制备了多晶型MnO₂材料,并利用湿化学研磨法结合热处理工艺对商业富锂锰基正极材料进行了表面包覆改性。通过循环伏安、恒流充放电及电化学阻抗谱对所得材料进行电化学性能测试,并通过包覆前后材料电化学性能的变化研究了多晶型MnO₂对富锂锰基正极材料电化学性能的影响。结果表明,β-MnO₂的电化学性能最佳,其初始比容量在0.1 C下达到292.2 mAh·g^-1,在0.1～5.0 C的倍率下容量保持率为56.3%,在1 C下循环50次后容量保持率为81.6%。通过EIS测试得出β-MnO₂的包覆改善了原样品电化学反应过程中的电化学动力学。     

基于电石渣原料的方解石型碳酸钙制备研究

以电石渣为原料,NH_4Cl溶液浸取,Na_2CO_3为碳化剂,制备了方解石CaCO_3。首先探讨了 NH_4Cl溶液浓度、反应时间和溶液pH等因素对电石渣Ca~(2+)浸取率的影响,然后研究了 Ca~(2+)浓度、反应温度、反应时间等工艺参数对制备方解石型CaCO_3的影响,并通过X-射线衍射,扫描电子显微镜和红外光谱等对其结构进行表征。实验结果表明,在NH_4Cl溶液浓度为5 mol·L~(-1),pH 7,室温下浸取40 min,Ca~(2+)浸取率为95.15%;Ca~(2+)浓度为0.1 mol·L~(-1)、反应温度为60℃、反应时间为120 min,得到晶型较好的方解石型碳酸钙。     

微波对玫瑰花型碳酸钙的制备及性能影响

采用碳化法制备了玫瑰花型碳酸钙,利用透气仪、白度仪、SEM、PE试验等考察了微波和柠檬酸酯含量对碳酸钙的结构及性能的影响。结果表明：经微波处理后制备的碳酸钙为玫瑰花型,粒径在0.1～0.8μm;微波及柠檬酸酯对碳酸钙的白度影响较小,但对其吸油值和由透气法测得的比表面积影响较大。当柠檬酸酯加入量为碳酸钙固含量的0.3%、微波功率800 W、微波时间2 min时,所制备的碳酸钙透气比表面积较大,吸油值较低,能够较好的改善聚乙烯的力学性能和柔韧性。     

TiO2晶型对微波加热制备TiB2粉体的影响

为探究TiO₂晶型(锐钛矿型和金红石型)对微波加热制备TiB₂粉体的影响,分别以锐钛矿型和金红石型TiO₂为钛源,B₄C为硼源,炭黑为碳源,在微波加热的条件下通过硼热/碳热还原法快速制备了TiB₂粉体,探讨了TiO₂晶型对微波加热制备TiB₂粉体的物相组成、显微结构以及C和O杂质含量的影响。结果表明：在微波加热条件下,2种晶型TiO₂原料在1 450℃反应20 min后均可制备纯相TiB₂粉体,其中金红石型TiO₂制备的TiB₂粉体呈规则的六方片状结构,晶粒发育较为完善。而锐钛矿型TiO₂制备的TiB₂则为近似球状结构。相比较,金红石型TiO₂作为硼源更有利于制备高纯度、晶型完整的TiB₂粉体。