甘氨酸这种氨基酸添加剂能够提高基于水泥的材料的二氧化碳捕获效率

《Journal of Cleaner Production》：Glycine amino acid additive enhances the CO2 capture efficiency of cement-based materials

碳捕获与利用（CCU）通过碳化固化处理可能降低波特兰水泥的环境影响，但高能耗和机械性能下降限制了其效率。本研究发现，添加少量甘氨酸（<1%质量比）可显著缩短碳化固化时间至原来的四分之一，同时优化孔隙结构，使抗压强度保持稳定而抗拉强度提升17%。甘氨酸通过促进水泥水化阶段的Ca2?释放，增强CO?扩散和反应速率，并形成有机-无机复合结构提升材料性能。研究为开发低排放、高性能CCU水泥材料提供了新策略。

　　碳捕集与利用（CCU）技术被认为是减少波特兰水泥材料环境影响的一种有前景的方法。然而，碳化过程中的高能耗以及水泥基材料在碳化后机械强度的下降限制了CCU的效率。为了克服这些挑战，研究者们正在探索新的添加剂，以提高CCU材料的生产效率和性能。本研究发现，甘氨酸作为一种广泛存在且易于获取的氨基酸，能够显著提升CCU水泥材料的碳捕集能力和机械性能。

甘氨酸的添加能够缩短碳化过程的时间，达到原来四分之一的水平。此外，甘氨酸还能够优化水泥基材料的孔隙结构，从而增强其机械性能。研究通过多种分析手段揭示了甘氨酸在碳化过程中的作用机制，表明其在预碳化阶段加速了水泥的溶解过程，并优化了孔隙的连通性，为后续的碳化反应创造了更有利的条件。这种加速作用不仅提高了碳捕集的效率，还促进了钙碳酸盐的形成，使得水泥材料在较短时间内即可达到较高的碳化程度。

研究还发现，甘氨酸的加入有助于提高水泥基材料中钙离子的浓度，从而增加了其与二氧化碳反应的可能性。这种现象在预碳化阶段尤为明显，甘氨酸通过中和氢氧根离子和螯合钙离子，降低了溶液中的pH值，提高了钙离子的可利用性。同时，甘氨酸还能够促进硅酸盐的溶解，提高溶液中硅离子的浓度，这进一步支持了钙碳酸盐的形成过程。

在材料结构方面，甘氨酸的加入导致了水泥基材料中孔隙结构的变化。具体来说，甘氨酸能够增加大毛细孔的体积，同时减少小孔隙的数量。这种变化表明，甘氨酸能够优化水泥基材料的微观结构，提高其孔隙连通性，从而促进二氧化碳的渗透和反应。此外，甘氨酸还能够减少总体孔隙体积，提高材料的密度，这对提升其机械性能具有重要意义。

在机械性能方面，甘氨酸的加入显著提高了水泥基材料的抗拉强度，提升了约17%。尽管抗压强度的变化不大，但抗拉强度的提升表明甘氨酸在改善材料性能方面具有重要作用。这可能与甘氨酸促进有机-无机复合结构的形成有关，这种结构在某些研究中显示出比纯无机材料更高的硬度和强度。

研究还指出，甘氨酸的加入不仅提高了碳化效率，还优化了材料的微观结构。这些发现表明，甘熟悉的氨基酸和蛋白质可能在CCU技术中扮演重要角色，为未来研究提供了新的方向。通过进一步探索其他生物添加剂，研究者可以更深入地理解不同分子特性对碳化和材料性能的影响，从而设计出更高效的生物分子，用于提高CCU混凝土材料的可持续性和性能。

综上所述，甘氨酸作为一种天然存在的分子，展示了其在提高CCU水泥材料碳捕集效率和机械性能方面的潜力。这项研究不仅为碳中和混凝土材料的开发提供了新的思路，也为未来研究生物添加剂在水泥基材料中的应用奠定了基础。随着对甘氨酸及其他生物分子作用机制的深入理解，CCU技术有望在未来实现更广泛的应用，推动建筑材料向更环保和高性能的方向发展。