Cement Concrete Com. ：添加纳米TiO₂对降低CO₂养护后水泥浆体净CO₂排放的影响

文献速读

Cement Concrete Com. ：添加纳米TiO₂对降低CO₂养护后水泥浆体净CO₂排放的影响

题目

题目：Impact of nano-TiO₂ addition on the reduction of net CO₂ emissions of cement pastes after CO₂ curing

添加纳米TiO₂对降低CO₂养护后水泥浆体净CO₂排放的影响

关键词

CO₂捕获、水泥基材料、CO₂排放、纳米TiO₂、CO₂养护

来源

出版年份：2021年

期刊：Cement and Concrete Composites

课题组：普渡大学莱尔斯土木工程学院Mirian Velay-Lizancos课题组

研究背景

水泥基复合材料可能是一个重要的碳汇，水泥行业是CO₂的主要排放者之一，每年约占总排放量的8%，但是水泥基材料又捕获了水泥工业排放的总二氧化碳的43%。尽管世界范围内的水泥产量在过去几十年中增长非常快，但水泥材料的被动或自然碳化是一个缓慢的过程。因此，这些材料没有足够的时间来捕获水泥行业排放的CO₂。碳化过程的加速可能有助于在更短的时间内减少水泥复合材料的净CO₂排放。近年来，有研究人员发现纳米TiO₂的添加改变了硬化水泥浆体的二氧化碳捕获过程。

研究出发点

以往的研究集中在普通水泥浆体的CO₂封存，与硬化水泥浆体的碳化相比，显示了CO₂养护的益处，但迄今为止，没有研究纳米TiO₂对CO₂养护的CO₂封存的影响。此外，关于CO₂养护后纳米TiO₂对胶凝材料性能的影响的研究仍然不多。

研究内容

本研究的主要目的是评估添加纳米TiO₂对与CO₂养护水泥浆体相关的净CO₂排放的潜在影响。还研究了养护过程对不同纳米TiO₂含量水泥浆体的水化产物和抗压强度的影响。

图1 不同纳米TiO₂含量的普通和CO₂养护样品的热重分析曲线 (a) 0%纳米TiO₂ (b) 0.5%纳米TiO₂ (c) 1%纳米TiO₂ (d) 2%纳纳米TiO₂

图2 使用热重分析法量化所有研究混合物的CH消耗和CO2吸收

图3  净CO2排放量取决于所使用的功能单元 [fc:抗压强度的变化]

主要结论

纳米TiO₂的最佳掺量取决于养护过程(正常养护与CO₂养护)。就抗压强度而言，相较于正常条件下养护的样品，CO₂养护的样品显示出更低的纳米TiO₂的最佳掺量。其背后的原因可能是添加纳米TiO₂产生的孔隙率的降低。CO₂养护前的初始孔隙率越低，由于碳化引起的抗压强度的提高越低。纳米TiO₂的掺量越高，由于纳米TiO₂产生的CH反应性的增加，在CO₂养护过程中CO₂吸收越高。因此，纳米TiO₂的使用可以增加用CO₂养护的水泥基复合材料的早期CO₂吸收。考虑到纳米TiO₂的积极作用(增强抗压强度和促进CO₂养护过程中的CO₂吸收)，与不含纳米TiO₂的样品相比，它们的使用减少了胶凝材料的净CO₂排放。否则，净CO₂排放量可能会被高估，因为功能单元不会包括纳米TiO₂对水泥材料性能的影响。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104160