钢渣酸浸法制备钙基CO2吸附剂的工艺优化与性能研究

针对工业碳排放加剧温室效应问题，安徽工业大学团队创新性地利用转炉钢渣通过醋酸浸出改性制备钙基CO2吸附剂。研究揭示了1 mol/L醋酸浓度、40 min浸出时间、1:10固液比、40°C温度的最佳工艺组合，钙浸出率达88.05%，其初始吸附量0.51 gCO2/gadsorbent且20次循环后仍保持0.202 gCO2/gadsorbent，失活率较AR CaO降低18.76个百分点，为固废高值化利用与碳减排提供新技术路径。

　　

随着全球粗钢产量突破10亿吨，每年产生的钢渣堆积量已超15亿吨，中国作为钢铁大国其钢渣利用率不足30%，形成巨大的环境负担。与此同时，工业碳排放导致大气CO₂浓度持续攀升，钢铁行业贡献了全球7%的碳排放量。传统石灰石(CaO)虽能通过钙循环(CaL)技术捕获CO₂，但矿山开采引发生态破坏。如何将钢渣这种富含38% CaO的固废转化为高效CO₂吸附剂，成为实现"以废治碳"的关键科学问题。

安徽工业大学冶金工程学院的研究团队在《Green Energy and Resources》发表论文，开创性地采用醋酸浸出-改性技术将转炉钢渣转化为高性能钙基吸附剂。通过四因素三水平正交实验，系统考察了浸出时间、醋酸浓度、固液比和温度对元素浸出的影响规律，并采用热重分析仪(TGA)评估材料的循环吸附性能。研究发现最佳工艺参数组合为1 mol/L醋酸浓度、40分钟浸出时间、1:10固液比和40°C浸出温度，此时钙元素浸出率高达88.05%。制备的吸附剂具有粗糙多孔的表面结构，比表面积达13.32 m²/g，其初始CO₂吸附容量达0.51 g_CO2/g_adsorbent，20次循环后仍保持0.202 g_CO2/g_adsorbent的吸附能力，失活率(60.39%)显著低于商业AR CaO(79.15%)。

关键实验方法

研究采用X射线荧光光谱(XRF)分析钢渣成分，通过扫描电镜(SEM)观察微观形貌。以500 mL三口圆底烧瓶构建浸出系统，采用真空过滤实现固液分离，850°C马弗炉煅烧制备前驱体。利用热重分析仪在600-900°C区间进行20次吸附-脱附循环测试，通过公式计算吸附容量(C_n)和失活率(L_n)。

研究结果

3.1节显示醋酸浓度对钙浸出影响最大(R=15.85)，短时间(40 min)低浓度(1 mol/L)浸出可选择性溶解CaCO₃而抑制硅酸钙反应。3.2节证实改性吸附剂的循环稳定性优于AR CaO，20次循环后仍保持39.6%的初始吸附能力，这归因于其独特的孔隙结构(平均孔径27.325 nm)。3.3节通过XRD和SEM揭示材料主要成分为CaO，醋酸热分解产生的挥发效应形成丰富的介孔结构。

该研究首次实现温和条件下钢渣钙元素的高效提取，所制备吸附剂的CO₂捕获性能超越商业CaO。其创新价值体现在：(1)开发出固废基吸附剂替代石灰石的绿色工艺；(2)揭示醋酸浓度与浸出时间的协同调控机制；(3)证实多孔结构对抑制高温烧结失活的关键作用。这项技术为钢铁行业"碳-渣协同治理"提供了工业化应用基础，据测算若推广至全国钢企，每年可消纳千万吨级钢渣同时减排数百万吨CO₂。