一种吸收二氧化碳的胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及水泥基材料，尤其是涉及一种吸收二氧化碳的胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国城市化进程加快，基础设施建设规模不断加大，胶凝材料作为混凝土粉料其需求量也日益增加，而水泥是胶凝材料的重要组成部分，一般占胶凝材料总量的60％—85％。传统意义上的硅酸盐水泥混凝土对自然资源的消耗十分巨大，对生态的破坏也十分显著，水泥生产是co2排放量的主要产业，生产每吨硅酸盐水泥熟料的co2排放量约1吨。

2、为了缓解全球变暖问题，除了积极研发生产新能源之外，对co2的捕集、利用和封存也不可或缺。碳捕捉(ccs)为将工业生产中的二氧化碳用各种手段捕捉然后储存或者利用的过程。目前的碳捕捉技术很难资源化，成本昂贵。现有技术使用碳捕捉技术进行co2处理时，一般通过外加剂捕捉工业烟气中的co2到溶液中，并通过高能耗的方式将溶液中的co2以气体形式释放并浓缩提纯，提纯后的co2，进行固化填埋，或作为其他食品及化工工业用品的原材料。由于食品及化工工业对原材料的纯度要求极高，其中浓缩和提纯的成本昂贵。而固体填埋的处理费用较高，并且可能有二次逃逸的风险。

3、传统意义上的硅酸盐水泥混凝土对自然资源的消耗十分巨大，对生态的破坏也十分显著，其释放的二氧化碳的排放量也是巨大的。所以以低碳发展为核心，开发低碳胶凝材料，在制备胶凝材料的过程中一方面减少水泥的用量，一方面制备能够吸收二氧化碳的胶凝材料，减少碳排放，是水泥基材料技术升级和转型的重点和方向。

技术实现思路

1、为了减少二氧化碳的排放，本技术提供一种吸收二氧化碳的胶凝材料及其制备方法。

2、本技术提供的一种吸收二氧化碳的胶凝材料，采用如下的技术方案：

3、一种吸收二氧化碳的胶凝材料，包括以下重量份数的原料：

4、水泥10-17份；

5、粉煤灰5-15份；

6、脱硫石膏2.5-5份；

7、赤泥6-10份；

8、改性地质聚合物8-15份；

9、所述改性地质聚合物是在地质聚合物表面经过包括固载氨基酸季铵离子液体的处理后得到。

10、通过采用上述技术方案，传统意义上的硅酸盐水泥混凝土对自然资源的消耗十分巨大，对生态的破坏也十分显著，水泥生产是二氧化碳排放量的主要产业，生产每吨水泥熟料的二氧化碳排放量约1吨，所以以低碳发展为核心，开发低碳胶凝材料的同时，使制备的胶凝材料具有固碳的作用，减少碳排放，对水泥基材料技术升级和转型具有重要的意义。

11、本技术制备的胶凝材料通过在地质聚合物表面固载氨基酸季铵离子液体，地质聚合物表面孔隙结构为氨基酸季铵离子液体提供大量的负载位点，提高了氨基酸季铵离子液体的负载量，制备得到的改性地质聚合物用于吸附烟道气中的二氧化碳，气态的二氧化碳吸附在负载有氨基酸季铵离子液体的孔隙中，从而将烟道气中的二氧化碳吸附在地质聚合物的孔隙中，吸附的二氧化碳与碱性赤泥发生矿化反应，从而将二氧化碳矿化在胶凝材料中。

12、可选的，所述改性地质聚合物的原料包括：地质聚合物，甲醇和氨基酸季铵离子液体，所述氨基酸季铵离子液体占地质聚合物的20-65wt％，所述氨基酸季铵离子液体占甲醇40-65wt％。

13、通过采用上述技术方案，改性地质聚合物是将氨基酸季铵离子液体负载在地质聚合物孔隙中，甲醇作为氨基酸季铵离子液体的溶剂，改变氨基酸季铵离子液体的添加量，可以得到不同负载量的改性地质聚合物，由于地质聚合物表面吸附位点一定，当氨基酸季铵离子液体的添加量达到一定的量，其负载量保持不变，添加量过高，吸附位点被占据，使负载量下降。

14、可选的，所述改性地质聚合物的制备方法包括以下步骤：将所述氨基酸季铵离子液体溶解在甲醇中得到混合溶液，将所述地质聚合物溶解在混合溶液中，升温搅拌至甲醇完全挥发，得到所述改性地质聚合物。

15、通过采用上述技术方案，本技术制备的改性聚合物是首先将氨基酸季铵离子液体溶解在甲醇溶液中，使氨基酸季铵离子液体充分分散在甲醇溶液中，然后加入地质聚合物，氨基酸季铵离子液体吸附在地质聚合物孔隙中，得到改性地质聚合物。

16、可选的，以所述地质聚合物的重量为参考，所述地质聚合物包括以下重量份的原料：

17、粉煤灰15-40份；硅灰10-20份；水玻璃20-30份；过氧化氢溶液0.5-2.5份。

18、通过采用上述技术方案，以水玻璃作为碱性激发剂，氢氧化钠作为发泡剂，粉煤灰和硅灰作为制备地质聚合物的原材料，使硅氧四面体和铝氧四面体在激发剂下缩聚生成硅铝酸盐，生成的具有多孔结构的地质聚合物。

19、可选的，所述地质聚合物的孔隙率为30-45％，比表面积为7-10m2/g。

20、通过采用上述技术方案，本技术制备的地质聚合物具有一定的孔隙率和比表面积，可以负载氨基酸季铵离子液体在地质聚合物的孔隙中，较大的比表面积有利于氨基酸季铵离子液体的负载。

21、可选的，所述地质聚合物的制备方法包括如下步骤：a1、将粉煤灰、硅灰、水玻璃和过氧化氢溶液混合均匀，得到液体浆料；a2、所述液体浆料养护得到地质聚合物。

22、通过采用上述技术方案，在碱性激发剂下，粉煤灰和硅灰缩聚生成硅铝酸盐，采用过氧化氢作为发泡剂，制备的地质聚合物的孔隙均匀，比表面积较大，增加氨基酸季铵离子液体的负载量。

23、可选的，所述粉煤灰的氧化钙的含量为10-25wt％，比表面积为0.4-0.5m2/g。

24、通过采用上述技术方案，将粉煤灰掺入胶凝材料中，粉煤灰氧化钙的含量影响混凝土水化的程度和混凝土的强度，粉煤灰氧化钙的含量较高，作为胶凝材料会给混凝土带来一定游离的氧化钙含量，参与水化反应，提高混凝土的早期强度。

25、可选的，所述赤泥经过活化处理，所述活化处理步骤包括在650-750℃下煅烧1-2h。

26、通过采用上述技术方案，将赤泥作为混凝土的原料，是赤泥资源化利用、变废为宝的途径之一，通过对赤泥进行活化处理，不仅降低了赤泥中的碱性含量，提高赤泥的内在活性，且能够补偿混凝土的早期强度和后期强度。

27、可选的，活化处理后的赤泥粒径为4.2-10μm，比表面积为0.65-0.7m2/g。

28、通过采用上述技术方案，赤泥中的碱性物质与二氧化碳发生反应生成碳酸盐晶体，含有一部分的活性固体物质与二氧化碳反应生成结晶体碳酸钙，这些碳酸盐晶体和碳酸钙填充混凝土的孔隙，增加了混凝土的密实度，小粒径和较大的比表面积可加大化学反应速度，增加二氧化碳的捕获量，提高混凝土的抗压强度。

29、第二方面，本技术提供一种吸收二氧化碳的胶凝材料的制备方法，采用如下的技术方案：

30、一种吸收二氧化碳的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

31、将改性地质聚合物与赤泥混合搅拌均匀，再加入水泥、粉煤灰和脱硫石膏混合均匀得到混合料，将混合料共同粉磨至比表面积0.3-0.5m2/g，搅拌均匀，即得胶凝材料。

32、通过采用上述技术方案，在制备胶凝材料的基础上，首先加入了具有一定孔隙结构的地质聚合物，一方面由于地质聚合物为硅铝酸盐材料，可以部分弥补减少水泥的用量而使胶凝材料应用于混凝土，出现混凝土强度下降的问题，另一方面具有孔隙的地质聚合物通过负载氨基酸季铵离子液体，增大氨基酸季铵离子液体的负载量，进而增加了吸收二氧化碳的量，使制备得到的胶凝材料不仅能够吸收温室气体二氧化碳，并且能够代替部分水泥，是水泥基材料技术升级和转型的重点和方向。

33、可选的，采用上述制备方法得到的胶凝材料制得的混凝土，胶凝材料用以替换90-100％的水泥。

34、通过采用上述技术方案，本技术制备得到的胶凝材料，基本上可以代替水泥直接用于混凝土所需的胶凝材料，且不会降低混凝土的各项性能，不仅减少了碳排放，且减少了生产水泥的过程中二氧化碳的排放。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、1、由于本技术采用改性地质聚合物，制备得到的改性地质聚合物用于吸附烟道气中的二氧化碳，二氧化碳吸附在负载有氨基酸季铵离子液体的孔隙中，吸附的二氧化碳与碱性赤泥发生矿化反应，从而将二氧化碳矿化在胶凝材料中。

37、2、本技术中优选采用赤泥，将赤泥作为胶凝材料的原料，是赤泥资源化利用、变废为宝的途径之一，赤泥中的碱性物质与二氧化碳发生反应生成碳酸盐晶体，增加二氧化碳的捕获量，提高混凝土的抗压强度。

38、3、本技术的方法，通过将赤泥作为混凝土的原料，是赤泥资源化利用、变废为宝的途径之一，通过对赤泥进行活化处理，不仅降低了赤泥中的碱性含量，提高赤泥的内在活性，且能够补偿混凝土的早期强度和后期强度。