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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

微波作用下高碳化效率鎂渣的研制：相演化、微觀結(jié)構(gòu)及碳化機(jī)理

該研究發(fā)表于 Construction and Building Materials（2025），使用 XH-800SP 開(kāi)展 工業(yè)固廢資源化、礦物碳封存 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括鎂渣最大固碳量 459.4 kg/t；鎂渣最大碳化效率 89.8%；鎂渣碳化效率 89.8%。

論文編號(hào) 545
應(yīng)用方向 工業(yè)固廢資源化、礦物碳封存、微波強(qiáng)化碳化、低碳建材、鎂渣高值利用
關(guān)鍵結(jié)果 鎂渣最大固碳量 459.4 kg/t
核心條件 溫度 80 ℃ / 140 ℃
論文編號(hào)
545
期刊
Construction and Building Materials
影響因子
7.693
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2025
設(shè)備型號(hào)
XH-800SP
作者單位
山西大學(xué)；山西大學(xué) 資源與環(huán)境工程研究所 國(guó)家環(huán)境保護(hù)煤炭廢物高效資源化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；山西省黃河實(shí)驗(yàn)室
Shanxi University; State Environmental Protection Key Laboratory on Efficient Resource-utilization Techniques of Coal Waste, Institute of Resources and Environmental Engineering, Shanxi University, Taiyuan, Shanxi 030006, China; Yellow River Laboratory of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030032, China
研究方向
工業(yè)固廢資源化 礦物碳封存 微波強(qiáng)化碳化 低碳建材 鎂渣高值利用

事實(shí)快照

  • 論文：微波作用下高碳化效率鎂渣的研制：相演化、微觀結(jié)構(gòu)及碳化機(jī)理
  • 設(shè)備：XH-800SP
  • 期刊與分區(qū)：Construction and Building Materials，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：溫度 80 ℃ / 140 ℃；微波功率 800 W / 200 W；壓力 1.0 MPa / 4 MPa
  • 關(guān)鍵結(jié)果：鎂渣最大固碳量 459.4 kg/t；鎂渣最大碳化效率 89.8%；鎂渣碳化效率 89.8%
  • 用途：可作為 工業(yè)固廢資源化、礦物碳封存 的論文證據(jù)頁(yè)。

研究摘要

論文摘要指出，含鈣硅酸鹽礦物碳化制備建材雖然備受關(guān)注，但長(zhǎng)期受限于碳化效率偏低。作者以鎂渣為對(duì)象，在一定 CO2 壓力和溫度下引入微波這一綠色高效方式，系統(tǒng)研究了反應(yīng)時(shí)間、溫度和 CO2 壓力對(duì)碳化效率及產(chǎn)物特征的影響，并揭示了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與 CaCO3 形成過(guò)程。結(jié)果表明，溫度與 CO2 壓力是影響鎂渣碳化效率和產(chǎn)物類(lèi)型的關(guān)鍵因素；當(dāng)溫度達(dá)到 140 ℃ 及以上的加壓條件時(shí)，鎂渣中的 γ-C2S 與 β-C2S 可完全轉(zhuǎn)化為 CaCO3。在 140 ℃ 下可獲得結(jié)晶度良好的針狀 aragonite，隨著溫度繼續(xù)升高則逐步向塊狀 calcite 轉(zhuǎn)變。該過(guò)程符合 surface coverage model，表觀活化能約為 34.36 kJ/mol，速控步驟為 CO2 擴(kuò)散。最優(yōu)條件下，鎂渣碳化效率達(dá)到約 89.8%，最大固碳量達(dá)到 459.4 kg/t。

研究背景與解決的問(wèn)題

論文摘要指出，含鈣硅酸鹽礦物碳化制備建材雖然備受關(guān)注，但長(zhǎng)期受限于碳化效率偏低。

設(shè)備應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)條件

項(xiàng)目參數(shù)
溫度80 ℃ / 140 ℃
微波功率800 W / 200 W
壓力1.0 MPa / 4 MPa

關(guān)鍵結(jié)果

鎂渣最大固碳量 459.4 kg/t
鎂渣最大碳化效率 89.8%
鎂渣碳化效率 89.8%
這一碳化效率 88.4%
指標(biāo)結(jié)果
鎂渣最大固碳量459.4 kg/t
鎂渣最大碳化效率89.8%
鎂渣碳化效率89.8%
這一碳化效率88.4%
鎂渣碳化效率58.9%
固碳量300.0 kg/t

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

  • 這篇論文給出的機(jī)制鏈條比較完整，可以概括為以下五點(diǎn)： 微波加熱能夠快速作用于極性體系，促進(jìn)礦物內(nèi)部熱應(yīng)力積累并誘發(fā)裂紋生成，強(qiáng)化反應(yīng)物和產(chǎn)物層間的傳質(zhì)通道。
  • 在 1.0 MPa 加壓 CO2 條件下，CO2 在水相中的有效供應(yīng)更充足，有利于 C2S 持續(xù)碳化。
  • 反應(yīng)初期 CaCO3 先在顆粒表面生成，隨后逐漸形成覆蓋層，體系整體符合 surface coverage model。
  • 隨著微波和攪拌持續(xù)作用，產(chǎn)物層裂解或脫落，內(nèi)部未反應(yīng) γ-C2S 得以繼續(xù)暴露并碳化，從而顯著提升整體固碳效率。
  • 在硅結(jié)構(gòu)層面，SiO4^4- 從原先的 Q0 正硅酸根逐漸重組為以 Q4 和 Q3 為主的三維無(wú)定形 SiO2 網(wǎng)絡(luò)，完成從礦物相到碳化膠凝前驅(qū)體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

應(yīng)用價(jià)值

  • 方法段直接確認(rèn)祥鵠 XH-800SP 參與鎂渣加壓微波碳化，設(shè)備作用邊界清晰。
  • 在僅用 water + CO2 的體系下，把鎂渣最大固碳量做到 459.4 kg/t，結(jié)果強(qiáng)度較高。
  • 不只是“碳化更多”，還能通過(guò)溫度窗口定向調(diào)控針狀 aragonite 與塊狀 calcite。
  • 給出了 34.36 kJ/mol 活化能和 CO2 擴(kuò)散控速結(jié)論，機(jī)理證據(jù)比較扎實(shí)。
  • 同時(shí)覆蓋固廢資源化、減碳和低碳建材制備三條價(jià)值主線，應(yīng)用面較寬。

相關(guān)儀器推薦

常見(jiàn)問(wèn)題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-800SP。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Construction and Building Materials（2025），使用 XH-800SP 開(kāi)展 工業(yè)固廢資源化、礦物碳封存 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括鎂渣最大固碳量 459.4 kg/t；鎂渣最大碳化效率 89.8%；鎂渣碳化效率 89.8%。
該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？
發(fā)表于 Construction and Building Materials，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Development of magnesium slag with high carbonation effciency under microwave action: Phase evolution, microstructure and carbonation mechanism
Construction and Building Materials, 2025
DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.140028