北京
在众多工业生产过程中，建筑材料水泥的生产是最大的二氧化碳排放源之一。传统水泥生产制备工艺中，利用石灰石高温热解释放二氧化碳同时得到生石灰（CaO）的方法产生了相当的碳排放量，消除其排放的二氧化碳则面临巨大挑战。 近日， 南开大学电 子信息与光学工程学院光电子薄膜器件与技术研究所罗景山教授课题组，提出了一种基于电化学的石灰石（CaCO 3 ）转化生产消石灰（Ca(OH) 2 ）和有价值碳质产物的方法。 该方法不排放二氧化碳，而是将石灰石中的碳元素转化成有价值的碳质产物，可以用作燃料和化学品生产，未来有望用于水泥行业脱碳，助力我国实现“双碳”目标。
该研究以“Electrochemical transformation of limestone into calcium hydroxide and valuable carbonaceous products for decarbonizing cement production”为题发表在国际学术期刊iScience上。
论文第一作者为谢起贤博士，罗景山教授为通讯作者。该研究工作得到了海螺集团、国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年基金、天津市杰出青年基金以及物质绿色创造与制造海河实验室资助。
水泥行业绿色低碳发展对我国实现“双碳”目标至关重要。2021年，南开大学与安徽芜湖市人民政府、海螺集团开启战略合作，罗景山教授作为项目负责人与海螺集团全资子公司三碳（安徽）科技研究院有限公司 共建南开大学-海螺集团“二氧化碳资源化综合利用”联合实验室 ，共同探索二氧化碳资源化利用方式和水泥行业碳减排途径。
统计报告显示，生产1吨水泥约排放0.6吨二氧化碳，其中约60%排放来自石灰石的热分解。针对这一难题，罗景山课题组基于以往报道的电化学转化CaCO 3 制备Ca(OH) 2 研究，并结合课题组在电化学水分解和二氧化碳还原反应方面的研究基础，提出了一种方法。
电化学转化石灰石（CaCO 3）制消石灰（Ca(OH) 2）及有价值碳质产物示意图
首先，本工作基于中性水分解反应体系对CaCO 3 进行处理转化。此过程利用中性水分解反应中析氧反应过程产生的氢离子（H+）与CaCO 3 反应生成钙离子（Ca2+）及二氧化碳， Ca 2+ 与体系中生成的氢氧根（OH-）结合形成Ca(OH) 2 ， 可直接用于水泥生产 。
其次，通过切换施加电压，将体系中生成的二氧化碳原位转化成有价值的碳质产物，如一氧化碳、甲烷、烯烃等，反应产物可以通过调换催化剂实现调控。
该项技术提出了基于电化学法进行水泥生产来实现水泥行业脱碳的新概念，已由南开大学和海螺集团联合申请国家发明专利。目前其仍处于实验室科学研究阶段，接下来，罗景山教授团队将继续对反应体系和反应器件进行优化设计，以期实现工业化应用的目标。
编辑：《中国建材》杂志
内容来源：南开大学
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