一区论文应用案例 · 前沿专题型

微波作用下高碳化效率镁渣的研制：相演化、微观结构及碳化机理

该研究发表于 Construction and Building Materials（2025），使用 XH-800SP 开展 工业固废资源化、矿物碳封存 研究，关键结果包括镁渣最大固碳量 459.4 kg/t；镁渣最大碳化效率 89.8%；镁渣碳化效率 89.8%。

查看 DOI 返回论文库
论文编号 545
应用方向 工业固废资源化、矿物碳封存、微波强化碳化、低碳建材、镁渣高值利用
关键结果 镁渣最大固碳量 459.4 kg/t
核心条件 温度 80 ℃ / 140 ℃
论文编号
545
期刊
Construction and Building Materials
影响因子
7.693
中科院分区
1 区
发表年份
2025
DOI
10.1016/j.conbuildmat.2025.140028
设备型号
XH-800SP
作者单位
山西大学；山西大学 资源与环境工程研究所 国家环境保护煤炭废物高效资源化技术重点实验室；山西省黄河实验室
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
工业固废资源化 矿物碳封存 微波强化碳化 低碳建材 镁渣高值利用

事实快照

  • 论文：微波作用下高碳化效率镁渣的研制：相演化、微观结构及碳化机理
  • 设备：XH-800SP
  • 期刊与分区：Construction and Building Materials，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 80 ℃ / 140 ℃；微波功率 800 W / 200 W；压力 1.0 MPa / 4 MPa
  • 关键结果：镁渣最大固碳量 459.4 kg/t；镁渣最大碳化效率 89.8%；镁渣碳化效率 89.8%
  • 用途：可作为 工业固废资源化、矿物碳封存 的论文证据页。

研究摘要

论文摘要指出，含钙硅酸盐矿物碳化制备建材虽然备受关注，但长期受限于碳化效率偏低。作者以镁渣为对象，在一定 CO2 压力和温度下引入微波这一绿色高效方式，系统研究了反应时间、温度和 CO2 压力对碳化效率及产物特征的影响，并揭示了反应动力学与 CaCO3 形成过程。结果表明，温度与 CO2 压力是影响镁渣碳化效率和产物类型的关键因素；当温度达到 140 ℃ 及以上的加压条件时，镁渣中的 γ-C2S 与 β-C2S 可完全转化为 CaCO3。在 140 ℃ 下可获得结晶度良好的针状 aragonite，随着温度继续升高则逐步向块状 calcite 转变。该过程符合 surface coverage model，表观活化能约为 34.36 kJ/mol，速控步骤为 CO2 扩散。最优条件下，镁渣碳化效率达到约 89.8%，最大固碳量达到 459.4 kg/t。

研究背景与解决的问题

论文摘要指出，含钙硅酸盐矿物碳化制备建材虽然备受关注，但长期受限于碳化效率偏低。

设备应用与实验条件

项目参数
温度80 ℃ / 140 ℃
微波功率800 W / 200 W
压力1.0 MPa / 4 MPa

关键结果

镁渣最大固碳量 459.4 kg/t
镁渣最大碳化效率 89.8%
镁渣碳化效率 89.8%
这一碳化效率 88.4%
指标结果
镁渣最大固碳量459.4 kg/t
镁渣最大碳化效率89.8%
镁渣碳化效率89.8%
这一碳化效率88.4%
镁渣碳化效率58.9%
固碳量300.0 kg/t

机制/方法亮点

  • 这篇论文给出的机制链条比较完整，可以概括为以下五点： 微波加热能够快速作用于极性体系，促进矿物内部热应力积累并诱发裂纹生成，强化反应物和产物层间的传质通道。
  • 在 1.0 MPa 加压 CO2 条件下，CO2 在水相中的有效供应更充足，有利于 C2S 持续碳化。
  • 反应初期 CaCO3 先在颗粒表面生成，随后逐渐形成覆盖层，体系整体符合 surface coverage model。
  • 随着微波和搅拌持续作用，产物层裂解或脱落，内部未反应 γ-C2S 得以继续暴露并碳化，从而显著提升整体固碳效率。
  • 在硅结构层面，SiO4^4- 从原先的 Q0 正硅酸根逐渐重组为以 Q4 和 Q3 为主的三维无定形 SiO2 网络，完成从矿物相到碳化胶凝前驱体结构的转变。

应用价值

  • 方法段直接确认祥鹄 XH-800SP 参与镁渣加压微波碳化，设备作用边界清晰。
  • 在仅用 water + CO2 的体系下，把镁渣最大固碳量做到 459.4 kg/t，结果强度较高。
  • 不只是“碳化更多”，还能通过温度窗口定向调控针状 aragonite 与块状 calcite。
  • 给出了 34.36 kJ/mol 活化能和 CO2 扩散控速结论，机理证据比较扎实。
  • 同时覆盖固废资源化、减碳和低碳建材制备三条价值主线，应用面较宽。

相关仪器推荐

XH-800SP 多功能微波水热平行合成仪
XH-800SP 多功能微波水热平行合成仪

常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800SP。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Construction and Building Materials（2025），使用 XH-800SP 开展 工业固废资源化、矿物碳封存 研究，关键结果包括镁渣最大固碳量 459.4 kg/t；镁渣最大碳化效率 89.8%；镁渣碳化效率 89.8%。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Construction and Building Materials，中科院 1 区。
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