电石渣湿法矿化CO2的碳封存性能与反应机理：液固比与气体流速的调控机制

针对工业固废资源化与CO2减排需求，研究人员通过半封闭反应体系探究电石渣（CS）湿法矿化CO2的性能，发现液固比（5–20 mL/g）与气体流速（200–1100 mL/min）显著影响矿化效率（最高达69.13%），并基于表面覆盖模型揭示CaCO3产物层阻碍反应的机理，为工业级CCUS技术优化提供理论支撑。

　　

全球变暖与CO₂排放的严峻形势迫使人类寻求高效减排技术。作为温室气体的主要成分，CO₂排放中40%来自燃煤电厂等工业源。尽管能源效率提升与可再生能源替代可部分缓解问题，但碳捕集、利用与封存（CCUS）技术中的矿物封存因其稳定性和经济性成为研究热点。然而，传统矿化技术面临高能耗（如飞灰需800–1000°C活化）或二次污染（如钢渣酸洗产生含Cl^?废水）等瓶颈。电石渣（CS）因其高活性Ca(OH)₂含量（85–92%）、无需研磨的细小粒径及温和反应条件，成为极具潜力的替代材料。

新疆维吾尔自治区自然科学基金资助的研究团队通过半封闭反应装置，系统评估了液固比（5–20 mL/g）与气体流速（200–1100 mL/min）对CS矿化CO₂的影响。关键技术包括：1）热重分析（TG）量化CaCO₃生成量；2）X射线衍射（XRD）表征矿物相变；3）表面覆盖模型拟合反应动力学。实验样本为化工厂提供的CS，主要成分为CaO（94%）。

液固比对碳封存性能的影响
TG曲线显示，液固比从5 mL/g增至20 mL/g时，CaCO₃分解导致的失重率由25.3%升至28.7%，表明更高液固比促进CO₂吸收。但液固比超过10 mL/g后，矿化效率增幅趋缓，提示过高的水耗可能降低经济性。

气体流速的调控作用
气体流速在500 mL/min时矿化效率达峰值69.13%，而流速升至1100 mL/min时效率下降至52.4%。这是由于高流速导致CO₂未充分接触即逸出，印证了气液传质限制的存在。

反应机理解析
表面覆盖模型拟合表明，CaCO₃在CS表面逐层覆盖，阻碍反应物接触。该模型较传统缩核模型更贴合实验数据，揭示产物层扩散控制是限速步骤。

研究结论指出，优化液固比（5 mL/g）与气体流速（500 mL/min）可最大化CS的碳封存潜力（544.6 g/kg），且气体流速的敏感性高于液固比。这一发现为工业放大提供了明确参数指导，同时揭示了CS在温和条件下实现高效矿化的独特优势。论文发表于《Journal of Environmental Management》，其价值在于将固废处置与碳减排耦合，推动CCUS技术向低能耗、低成本方向演进。