一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂及制备方法与流程

本发明属于建筑材料，特别是涉及一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂及制备方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的提出，作为用量最大的基础材料水泥混凝土低碳绿色化受到了越来越多的关注，其中水泥生产过程中释放的二氧化碳可占全球人为释放二氧化碳总量的8％。为了解决水泥混凝土较高的二氧化碳释放量，研究者开始探索以混凝土作为“器皿”固化二氧化碳的可行性。研究发现，二氧化碳能够与水泥基材料中的氢氧化钙、水化硅酸钙凝胶和水泥熟料发生碳化反应，从而消减了水泥制备过程中的二氧化碳的释放量。

2、引气剂作为表面活性剂显著降低了水的表面张力和界面能，促使水溶液在搅拌过程中产生微小的封闭气泡，引气剂通过增加混凝土中的含气量来提升混凝土抗冻性与和易性。混凝土除了存在可与二氧化碳发生化学反应的水化产物，混凝土封闭的孔也可作为固化二氧化碳的“器皿”。常见混凝土的孔隙率可达1％～5％，含气量一般为3.5％～6％。如果将二氧化碳密封于混凝土的封闭孔中，将提升混凝土的吸碳量，可操作性更强，无需对混凝土原材料或混凝土试件进行碳化处理，降低了碳捕集混凝土的制备成本，简化了制备工艺。

3、现有引气剂的相关专利如cn201810515600.x、cn202010735672.2，其重点大多为改善混凝土气孔结构，提高引气效率，而针对混凝土气孔结构吸收二氧化碳所开发的固碳型引气剂研究较少。因此为了利用引气剂提升引入气体中二氧化碳的含量，实现混凝土行业大体量固碳，吸附二氧化碳型引气剂的研究刻不容缓。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂及制备方法，目的在于实现引入到混凝土孔隙中二氧化碳气体比重的提升，为制备碳捕集混凝土提供新思路、新途径。

2、为实现上述目的，采用技术方案如下：

3、一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，包括以下原料：

4、二氧化碳吸附官能团、交联剂、松香基引气剂、催化剂和水。

5、所述原料按质量百分比计为：

6、二氧化碳吸附官能团：5％～30％

7、交联剂：2％～8％

8、松香基引气剂：50％～80％

9、催化剂：0.5％～2.0％

10、水：10％～40％。

11、所述二氧化碳吸附官能团为聚乙二醇-羧基、羟基乙酰胺和马来酰胺酸中的一种或几种混合物。

12、所述交联剂为双臂聚乙二醇-羧基、三臂聚乙二醇-羧基和四臂聚乙二醇-羧基中的一种或几种混合物。

13、所述松香基引气剂为松香酸、松香皂化引气剂、松香热聚物中的一种或几种混合物。

14、所述催化剂为浓硫酸或二环己基碳二亚胺与4-二甲氨基吡啶组成的催化体系中的一种。

15、上述一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其制备过程包括如下步骤：

16、将松香基引气剂加热至温度t1后加入催化剂，停止加热；降温至反应温度t2后加入交联剂，再加入二氧化碳吸附官能团进行反应，待反应结束后，降温至温度t3，加入去离子水，得到可选择性吸附二氧化碳的引气剂。

17、其中，催化剂的作用是降低酯化反应的反应势垒进而降低发生温度。

18、其中，加热至温度t1的目的是使松香基引气剂处于熔融状态。

19、其中，降温至温度t2的目的是调节交联剂和引气剂发生酯化反应的速度。

20、其中，降温至温度t3的目的是在完全溶解反应产物引气剂的同时，避免去离子水加入后的蒸发。

21、所述松香基引气剂的加热熔融温度t1为120℃～140℃。

22、所述反应温度t2为90℃～120℃，反应时间为3～8h。

23、待反应结束后，降温至温度t3为80℃，加入去离子水。

24、借由上述技术方案，本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂至少具有下列优点：

25、1、本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂的制备方法，其制备方法简便，保证良好引气性能的同时，提升了引入气体中二氧化碳的比重，使二氧化碳固化在混凝土的气孔中，为碳捕集混凝土的制备，提供了新的途径和方法。

26、2、本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂显示出更好的水溶性，松香皂类引气剂通过松香酸与碱的皂化反应得到一个亲水官能团，导致其水溶性一般。而本发明引气剂引入的二氧化碳官能团显示出良好的亲水性，它们可在水相中与水分子形成氢键，增加引气剂在水溶液中的溶解度。

27、3、本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂简化了碳捕集混凝土的制备工艺、降低了碳捕集混凝土的制备成本。

28、4、本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂，经过测试，可与目前市面上的减水剂良好复配，使用简便、快捷，良好的引气效果使其应用领域更加广阔，如公路、桥梁、水库、大坝等工程中，也适用于对抗冻耐久性要求高的结构工程中，如在北方高寒地区的公路、桥梁工程。

技术特征：

1.一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂，其特征在于，

7.一种权利要求1-6中任一所述的可选择性吸附二氧化碳的引气剂的制备方法，其特征在于，包括：将松香基引气剂加热至熔融状态后，加入交联剂与催化剂，再加入二氧化碳吸附官能团进行反应，待反应结束后加入去离子水，得到可选择性吸附二氧化碳的引气剂。

8.根据权利要求7所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂的制备方法，其特征在于，所述松香基引气剂的加热熔融温度为120℃～140℃。

9.根据权利要求7所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂的制备方法，其特征在于，反应温度为90℃～120℃，反应时间为3～8h。

10.根据权利要求7所述的一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂的制备方法，其特征在于，待反应结束后，降温至80℃，加入去离子水。

技术总结
本发明公开了一种可选择性吸附二氧化碳的引气剂及制备方法，包括以下原料：二氧化碳吸附官能团、交联剂、松香基引气剂、催化剂和水。本发明提出的可选择性吸附二氧化碳引气剂，保证良好引气性能的同时，提升了引入气体中二氧化碳的比重，为碳捕集混凝土的制备，提供了新的途径和方法。可与目前市面上的减水剂良好复配，使用简便、快捷，良好的引气效果使其应用领域更加广阔，如公路、桥梁、水库、大坝等工程中，也适用于对抗冻耐久性要求高的结构工程中，如在北方高寒地区的公路、桥梁工程。

技术研发人员：王振地,郅晓,叶家元,王玲,李彬
受保护的技术使用者：中国建筑材料科学研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21