碳化胶凝材料中CO2 定量方法的比较与可靠性评估：为低碳水泥工业提供精准计量基础

针对碳化胶凝材料CO2 定量方法存在差异的问题，研究人员系统比较了TPD-NDIR、HCl-CT等五种分析方法。研究发现，高温（980°C）或强酸（HCl）可有效释放CO2 ，NDIR与CT检测精度达±5%，而H3 PO4 处理会导致12%的低估。TPD-NDIR凭借最佳重现性揭示了CO2 与H2 O在中等温度区间的同步释放现象，纠正了传统TG-DTA因质量损失误判导致的评估偏差，为水泥行业碳足迹计算提供了可靠方法学支撑。

　　

随着全球水泥行业贡献8%的温室气体排放，开发CO₂
吸收型混凝土成为减排关键。然而，现有CO₂
定量方法存在显著差异：热重分析（TGA）将质量损失简单归因于温度阈值下的H₂
O或CO₂
释放，但实际过程中二者释放温度重叠；磷酸（H₃
PO₄
）消化法可能导致CO₂
释放不完全。这些方法学缺陷直接影响碳固定效率评估，阻碍低碳水泥技术的标准化发展。

为系统解决这一问题，日本水泥协会等机构的研究人员开展了碳化胶凝材料CO₂
定量方法的比较研究。通过设计两组实验：实验1比较TPD-NDIR（温度程序脱附-非分散红外光谱）、HCl-CT（盐酸消化-库仑滴定）等四种方法；实验2对比TPD-NDIR与TG-DTA（热重-差热分析）在含结合水样品中的表现。研究创新性地采用真空加热研磨预处理消除水分干扰，结合XRD（X射线衍射）和SEM（扫描电镜）表征相组成，最终在《Journal of CO2 Utilization》发表成果。

关键技术包括：1）标准样品制备（CaCO₃
/SiO₂
混合体系）；2）TPD-NDIR同步检测CO₂
与H₂
O释放动力学；3）HCl-CT精准测定无机碳含量；4）燃烧-NDIR（980°C）验证总碳释放效率；5）TG-DTA多阈值（500-600°C）质量损失分析。样本来源于普通硅酸盐水泥（OPC）和特殊掺合料（LEAF）制备的碳化水泥浆体（CP）。

研究结果揭示：

1. 样品预处理影响：未研磨样品干燥后质量损失达16%，研磨后二次干燥损失降至3%，证实游离水和结合水对固体质量计算的干扰必须通过标准化研磨消除。
2. 方法可靠性排序：TPD-NDIR变异系数（CV）仅0.3%，显著优于HCl-CT（1.5%）和H₃
   PO₄
   -NDIR（5.01%），其中H₃
   PO₄
   处理会使低CO₂
   样品（≤12%）低估12%。
3. 释放机制差异：TPD-NDIR显示CO₂
   与H₂
   O在500°C以上同步释放，而TG-DTA设定550°C阈值时，高CO₂
   样品仍被低估10%，高H₂
   O样品则被高估92%。
4. 晶体结构验证：XRD检测到碳化CP中方解石（calcite）和球霰石（vaterite）共存，但未发现文石（aragonite），证实不同碳酸钙晶型对热分解行为的潜在影响。

结论部分强调：1）强酸（HCl）或高温（>980°C）是实现CO₂
完全释放的必要条件；2）直接检测释放气体（NDIR/CT）比间接质量损失法（TG）更可靠；3）TPD-NDIR的多组分同步检测能力使其成为评估含结合水样品的金标准。该研究为《巴黎协定》框架下的水泥行业碳核算提供了方法学范式，其建立的标准化流程可推广至钢渣、粉煤灰等替代胶凝材料的碳固定评估。