碱激发粉煤灰-CO2矿化反应特性及其微观固碳机制研究

针对粉煤灰中钙基活性物质含量低导致CO2矿化能力受限的问题，研究人员通过碱激发（NaOH）处理石家庄褐煤粉煤灰，结合封闭矿化反应器与压降法，揭示了碱激发显著提升粉煤灰矿化固碳性能的机制。研究发现，碱活化程度与C-O键含量呈正相关，粒径分布增大且表面碳酸盐物质富集，为CCUS技术中粉煤灰高效固碳提供了理论支撑。

　　

论文解读

在全球碳中和背景下，燃煤电厂作为粉煤灰和CO₂排放的主要来源，其固废资源化利用与碳捕集封存（CCUS）技术的结合成为研究热点。然而，粉煤灰中钙基活性物质（如CaO）含量较低，直接矿化CO₂的效率受限。尽管碱激发处理被证明可提升粉煤灰的CO₂结合能力，但其矿化反应特性与微观固碳机制尚不明确。西安科技大学的研究团队以石家庄褐煤粉煤灰为对象，通过碱激发改性结合多尺度表征技术，系统揭示了碱激发粉煤灰-CO₂矿化反应的关键机制。

研究采用封闭矿化反应器平台和压降法（压力从2 MPa降至0.57 MPa）量化CO₂吸收性能，结合扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、激光粒度分析、红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）解析微观结构。实验发现，碱激发（0%-15% NaOH）使矿化过程总压降从0.61 MPa增至0.75 MPa，表明碱活化程度与CO₂矿化效率正相关。矿化后粉煤灰表面富集碳酸盐物质，C-O键含量随碱活化度升高，证实碱激发促进活性钙释放并形成稳定CaCO₃。此外，矿化反应导致颗粒粒径分布增宽，暗示反应过程中颗粒结构重组。

压力降曲线分析
压降曲线显示，CO₂溶解主导前30分钟反应，而矿化吸收持续全程。碱激发粉煤灰溶液的压降显著高于空白组（0.57 MPa），15%碱活化样品压降达0.75 MPa，表明碱处理大幅提升CO₂矿化动力学。

微观固碳机制
XRD显示矿化产物以方解石（CaCO₃）为主，FTIR中C-O振动峰（1420 cm^-1）强度随碱活化度增强，印证碳酸盐生成量增加。SEM-EDS进一步揭示碱激发粉煤灰表面形成致密碳酸盐层，而未处理样品仅零星分布。

结论与意义
该研究明确了碱激发通过释放粉煤灰中的活性钙组分，促进CO₂转化为稳定碳酸盐的微观路径，为燃煤电厂固废协同CCUS提供了新策略。论文发表于《International Journal of Greenhouse Gas Control》，其成果对推动高钙粉煤灰替代水泥基材料、实现工业固碳具有重要指导价值。