本发明专利技术提供一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料及其制备方法与应用。本发明专利技术制备方法包括步骤：将超细电石渣粉置入静电场内，使其带有静电荷，得到带有静电荷的超细电石渣粉；将低钙粉煤灰与带有静电荷的超细电石渣粉混合均匀，加入旋转填料床中；向旋转填料床中持续通入含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气；经反应后，收集物料、干燥即得。本发明专利技术方法原料廉价易得，效率高，能耗低；可以永久封存工业废气中的二氧化碳，二氧化碳封存量以及封存效率高；充分实现了粉煤灰等废料的资源化再利用。所得辅助性胶凝材料以及和水泥复配制备得到的胶凝体系具有较高的强度和更快的凝结时间，有望取代更多水泥熟料制备低碳复合水泥。
2、粉煤灰是燃煤电厂的副产品；未使用的粉煤灰被存放在垃圾填埋场，处理不当会污染水源和土壤。电石法生产乙炔会产生电石渣；电石渣堆存会占用大量土地，造成水资源污染，影响周围生态环境。二氧化碳作为最重要的温室气体，其的排放急需得到有效控制。但现有的二氧化碳封存方法存在效率低，耗能高、二氧化碳封存效率低、生产时间长等问题。中国专利文献cn104759203a公开了一种直接捕集矿化烟气中二氧化碳的流化床工艺，利用高钙废弃物例如粉煤灰等为原料，在烟气排放烟道上开旁路引一股烟气经温湿调节器调节温度和湿度，在流化床反应器中将温湿度调节后的烟气与高钙废弃物并向接触反应生成碳酸钙，反应后出流化床反应器的含尘气体送入旋风分离器进行气固分离，所得气体送回原烟气排放烟道进烟囱排放。该专利技术工艺不仅能有效提高粉煤灰的利用，并且能够降低电厂co2排放；但该专利技术中同时参与反应的固体废弃物单一，固废的利用率低。中国专利文献cn101219330a公开了一种烟道气中co2吸收分离、碳酸化固定、固体废弃物资源化利用多过程集成耦合的原位固定co2的工艺方法及其装置；采用超重力旋转填料床反应器，极大提高了co2的传质吸收速率。但该专利技术中仅通过碳化反应制备碳酸钙产品，ca2+浸出后的固废残渣仍被丢弃，未能完全利用固体废弃物。
>1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料及其制备方法与应用。以电石渣为钙源，低钙粉煤灰为钙源和基体，电石渣颗粒通过静电吸附在粉煤灰颗粒表面，在旋转填料床设备中与一定湿度的含二氧化碳的工业烟气发生碳化反应制备得到辅助性胶凝材料。本专利技术方法原料廉价易得，效率高，能耗低；可以永久封存工业废气中的二氧化碳，二氧化碳封存量以及封存效率高；充分实现了粉煤灰等废料的资源化再利用。所得辅助性胶凝材料和水泥复配制备得到的胶凝体系具有较高的强度和更快的凝结时间，有望取代更多水泥熟料制备低碳复合水泥。2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，包括步骤：
4、(1)将超细电石渣粉置入静电场内，使其带有静电荷，得到带有静电荷的超细电石渣粉；
5、(2)将低钙粉煤灰与带有静电荷的超细电石渣粉混合均匀，加入旋转填料床中；向旋转填料床中持续通入含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气；经反应后，收集物料，干燥得到基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料。
6、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，超细电石渣粉的粒径为1000目～2500目；超细电石渣粉是电石渣经干燥、粉磨制备得到。
7、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，超细电石渣粉包括如下质量份数的组分：cao86.26～89.21份、sio2 3.12～5.41份、so3 4.01～6.75份、al2o3 1.39～2.27份、mgo0.21～1.97份。
8、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，静电场由放电机产生；高压整流器将220v交流电转化为高压直流电，空气被电离产生大量自由电子，附着在超细电石渣粉表面使其带电。
9、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，低钙粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物。低钙粉煤灰的粒径为150目～500目。
10、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，低钙粉煤灰包括如下质量份数的组分：cao2.32～3.76份、sio2 44.01～57.89份、al2o3 23.24～31.34份、fe2o3 2.27～5.15份、mgo0.63～3.97份。
11、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，低钙粉煤灰与带有静电荷的超细电石渣粉的质量比为60～90：10～30。
12、根据本专利技术，步骤(2)中，混合过程中，带有静电荷的超细电石渣粉所产生的静电吸附作用使其与低钙粉煤灰颗粒吸附在一起，电石渣均匀附着在粉煤灰表面。
13、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气的持续通入速度为3-5l/min。
14、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气包括如下体积百分比的组分：水蒸气9-10％，二氧化碳25-26％，氮气60-61％；优选的，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气包括如下体积百分比的组分：水蒸气9.6％，二氧化碳25.4％，氮气60.5％。
15、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，反应时间为5-15min，优选为10min；旋转填料床的转动速率为300～500r/min，优选为500r/min；旋转填料床的温度为20-30℃，压强为0.05-0.5mpa。
16、一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料，由上述方法制备得到。
17、上述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料在混凝土和/或砂浆中的应用。
18、根据本专利技术优选的，所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料和水泥进行复配后应用于混凝土和/或砂浆中；优选的，基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料和水泥的质量比为20-40:60-80。本专利技术胶凝材料可以替代部分水泥的使用，减少水泥行业碳足迹，缓解温室气体对环境带来的影响，同时碳化反应生成的纳米碳酸钙可以加速水泥水化，提升水泥基材料早期强度。
19、本专利技术的原理为：
20、碳酸化反应涉及一系列物理和化学过程，基于气-液-固三相反应理论，大致分为4个阶段。首先，工业废气中的水蒸气为碳酸化反应提供液体环境，电石渣和粉煤灰中的钙基活性物质溶解，在水中发生水解，释放出氢氧根离子，使浆液的ph值上升，浆液表现出的强碱性能够高效的捕捉工业废气中的二氧化碳；工业废气中的二氧化碳溶于水生成碳酸，与浆液中氢氧根离子和钙离子迅速反应，导致浆液ph值开始下降并生成碳酸钙沉淀；随着矿化反应不断进行，水解产生氢氧根离子的速率逐渐低于二氧化碳通入产生氢离子的速率，浆液ph值逐渐下降至7并保持不变时，碳酸化反应基本完成。
21、cao+h2o＝ca(oh)2
22、ca(oh)2＝ca2++2oh-
23、
24、
25、
26、
27、ca2++co32-＝caco3
28、本专利技术的技术特点及有益效果为：
29、(1)本专利技术采用粉煤灰、电石渣等工业固废，原料廉价易得，实现了粉煤灰和电石渣的高效资源化再利用。原材料粒径细小，利于后续静电吸附以及反应的进行，有利于发挥其填充效应。超细颗粒可提高水泥胶凝体系的堆积密实度，置换出颗粒间的孔隙水，提高自由水含量，用于水化反应；碳化过程中生成的纳米碳酸钙可填充水泥基体孔隙之中，使结构更加致密，同时为水泥水化提供更多成核位点，加速水泥水化，早期强度和耐久性也均有提升。
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【技术保护点】
1.一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
3.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰的粒径为150目～500目。
4.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰包括如下质量份数的组分：CaO 2.32～3.76份、SiO2 44.01～57.89份、Al2O3 23.24～31.34份、Fe2O3 2.27～5.15份、MgO 0.63～3.97份。
5.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰与带有静电荷的超细电石渣粉的质量比为60～90：10～30。
6.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气的持续通入速度为3-5L/min。
7.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气包括如下体积百分比的组分：水蒸气9-10％，二氧化碳25-26％，氮气60-61％；优选的，含有二氧化碳和水蒸汽的工业废气包括如下体积百分比的组分：水蒸气9.6％，二氧化碳25.4％，氮气60.5％。
8.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，反应时间为5-15min，优选为10min；旋转填料床的转动速率为300～500r/min，优选为500r/min；旋转填料床的温度为20-30℃，压强为0.05-0.5MPa。
9.一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料，采用权利要求1-8任意一项方法制备得到。
10.如权利要求9所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料在混凝土和/或砂浆中的应用；
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【技术特征摘要】
1.一种基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，包括步骤：
2.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
3.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰的粒径为150目～500目。
4.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰包括如下质量份数的组分：cao 2.32～3.76份、sio2 44.01～57.89份、al2o3 23.24～31.34份、fe2o3 2.27～5.15份、mgo 0.63～3.97份。
5.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，低钙粉煤灰与带有静电荷的超细电石渣粉的质量比为60～90：10～30。
6.根据权利要求1所述基于静电吸附高效固碳的辅助性胶凝材料的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪智，门佳辉，葛智，姜能栋，薛兴杰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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