悬浮工艺下产碳酸酐酶微生物对钢渣粉碳化过程的协同增效机制与反应动力学研究

本文系统探讨产碳酸酐酶微生物在悬浮体系中强化钢渣粉碳化效率的作用机制。研究发现微生物通过加速CO2在液膜中的解离-扩散（CA酶催化）、促进硅酸二钙（β-C2S）等矿物相转化，使碳固定率达10%的时间缩短至直接碳化的1/5，为工业级碳捕集（CCUS）与固废资源化提供关键技术支撑。

　　

Steel slag powder

本研究使用的钢渣粉来源于马鞍山钢铁股份有限公司。钢渣粉的粒径、比表面积、化学组成与矿物组成如图1所示（注：原文重复提及图1，此处保留原始表述）。

Microbial additive

微生物菌株G由东南大学绿色建材与碳利用研究中心定向选育，其系统发育树显示该菌株对钢渣理化环境具有适应性（具体同源性与分类学信息未提供）。

Analysis of carbonation effect

图2a展示了悬浮反应工艺下微生物协同钢渣粉的二氧化碳固定量（α）。由于在常温常压下达到10%二氧化碳固定量所需时间是决定大规模工业化可行性的关键参数，本研究重点分析了不同条件下钢渣粉达到10%碳化率所需时长。数据显示微生物显著加速碳化进程：达到10%固定量的时间缩短至直接碳化的1/5。关键影响因素包括钢渣粉含水率、反应环境湿度及二氧化碳浓度。

Conclusions

在钢渣颗粒与二氧化碳充分接触且存在微生物酶促作用的条件下，钢渣粉颗粒液膜中的二氧化碳解离-扩散速率显著加快，化学反应速率提升。这使得早期碳化动力学缓慢的矿物（如硅酸二钙β-C₂S）得以有效转化，提高了钢渣粉表观碳化速率。然而，产物层扩散速率的下降是后期碳固定反应的主要限速步骤。