碱活化对粉煤灰结构及矿化性能的影响

摘要

碱活化粉煤灰结构特征直接影响其与CO₂的矿化反应能力，研究碱活化粉煤灰对CO₂的矿化性能是突破煤基固废粉煤灰对CO₂矿化封存效率的关键.以石家庄燃煤电厂褐煤粉煤灰为研究对象，通过激光粒度仪、扫描电镜-能谱仪和红外光谱仪测试，探究不同碱浓度条件下碱活化粉煤灰结构特征.基于高温高压搅拌反应釜矿化试验平台以及热重试验分析，研究碱活化粉煤灰对CO₂的矿化性能.试验结果表明：碱活化会造成粉煤灰颗粒破碎分解，导致粉煤灰粒径分布降低.微观尺度下粉煤灰呈规则球状颗粒，碱活化造成粉煤灰细化，暴露更多活性Ca元素有利于矿化固碳.碱活化粉煤灰中铝氧四面体或硅氧四面体网络结构破坏，粉煤灰颗粒表面覆盖硅酸钙水化物凝胶（C-S-H凝胶）,且C-S-H凝胶具有较高Si—O聚合度.碱活化可有效提升粉煤灰矿化固碳性能，碱处理浓度为15%时，褐煤粉煤灰矿化固碳性能最优，CO₂吸收量达到8.9 g/kg, Ca的转化率达到27.8%,相比于未活化粉煤灰CO₂吸收量提升71.2%,Ca的转化率提升70.6%.

关键词

CO₂封存 / CCUS / 碱活化粉煤灰 / 碱激发 / 热重分析法 / 矿化固碳性能

基金资助

中国科协青年人才托举工程项目(2022QNRC001); 陕西省青年人才托举计划项目(20220437); 西安科技大学优秀青年科技基金项目(2024YQ2-03)