新型三级批式反应器设计与测试：加速新鲜混凝土浆废料碳化的创新研究

本研究针对混凝土工业中1-4%产量占比的混凝土浆废料(CSW)处理难题，开发了新型实验室规模三级批式反应器，通过实时监测pH、电导率等参数，实现30分钟内CO2吸收率达17.65wt.%，为建筑废弃物资源化及碳减排提供创新解决方案。

　　

在全球建筑行业面临严峻碳减排压力的背景下，混凝土生产过程中产生的混凝土浆废料(CSW)处理成为棘手难题。这类占混凝土总产量1-4%的废弃物，传统填埋处理不仅成本高昂，其高碱性还会造成环境风险。更令人遗憾的是，新鲜CSW因富含未水化水泥相，具有显著CO₂吸收潜力却未被充分利用。当前研究多聚焦于硬化混凝土的碳化，对新鲜CSW在产生源头的即时碳化处理存在明显研究空白。

针对这一技术瓶颈，某研究机构团队在《Results in Engineering》发表创新成果，设计出全球首款专用于新鲜CSW碳化的三级批式反应器系统。该装置通过独特的空心轴搅拌结构和压力控制CO₂供给系统，实现30分钟内15.64-17.65wt.%的CO₂吸收率，同步完成废弃物处理与碳封存的双重使命。

研究采用四大关键技术：1）配备实时监测系统的气密式搅拌反应器；2）基于压力变化的CO₂吸收量计算方法；3）热重-质谱联用(TG-MS)定量分析碳酸盐含量；4）X射线衍射(XRD)追踪矿物相转变。通过模型浆料(CEM II水泥，液固比100)的三阶段处理(水化-碳化-曝气)，系统揭示了碳化过程的动力学特征与相变规律。

【反应器设计与性能】
创新设计的反应器采用PVC材质，配备带转子叶片的气体再循环系统。压力传感器数据显示，模型浆料在前3分钟即完成65%的CO₂吸收，pH从12骤降至7.5时出现缓冲平台，对应电导率"V"型变化曲线，揭示CaCO₃沉淀-溶解的动态平衡。

【固体相变分析】
TG-MS检测显示碳化样品在600-750℃出现17%质量损失，对应CaCO₃分解。XRD谱图中29.5°2θ处方解石峰显著增强，而硅酸二钙(C₂S)和钙硅水合物(C-S-H)特征峰消失，证实水泥相深度碳化。值得注意的是，未检测到亚稳态碳酸钙 polymorphs（多晶型物），推测因近中性pH促进方解石转化。

【环境效益】
相比传统处理工艺，该技术可同步实现：1）每吨CSW封存约176kg CO₂；2）废水pH自然中和至8.3；3）碳酸化固体可作为混凝土掺合料回用。压力控制的气体再循环系统确保CO₂利用率达100%，这对碳捕集与封存(CCUS)技术的经济性至关重要。

这项研究突破性地将碳化处理节点前移至CSW产生源头，开发出兼具过程监控与资源回用功能的集成化系统。未来通过优化CO₂分压控制策略，有望进一步提升碳化效率，为建筑行业循环经济提供关键技术支撑。研究团队计划开展中试试验，重点解决真实CSW中骨料对碳化效率的影响，并评估长期封存稳定性。