机械羧化飞灰、其生产方法和用途技术

本发明专利技术涉及机械羧化飞灰，所述机械羧化飞灰的BET表面积小于50m2/g且CO2含量大于1wt％。本发明专利技术还涉及所述机械羧化飞灰的生产方法和用途，例如作为填料。本发明专利技术还涉及组合物及其生产方法，所述组合物包含机械羧化飞灰和选自沥青、水泥、聚合物及它们的组合的其他材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械羧化飞灰、其生产方法和用途


[0001]本专利技术涉及机械羧化飞灰。本专利技术还涉及其生产方法及其用途，例如作为填料。本专利技术还涉及组合物及其生产方法，所述组合物包含机械羧化飞灰和选自沥青、水泥、聚合物及它们的组合的其他材料。

技术介绍

[0002]混凝土是一种复合材料，其包含骨料基体(通常为岩石材料)和粘合剂(通常为波特兰水泥或沥青)，粘合剂可将基体保持在一起。混凝土是使用频率最高的建筑材料之一，据说是地球上第二广泛使用的材料(仅次于水)。
[0003]为了降低混凝土的成本和全球水泥生产产生的CO2排放，许多研究工作致力于识别可用作填料或替代粘合剂的廉价材料，以替代粘合剂组分而不(有害地)影响混凝土性能。此类二次胶凝材料是具有广泛工业兴趣的领域。
[0004]广泛使用的水泥填料的一个实例是石灰石。可在Vanderley M.John等的文章“Fillers in cementitious materials
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Experience,recent advances and future potential(胶凝材料中的填料
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经验、最新进展和未来潜力)”，Cement and Concrete Research 114(2018)：65
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78中找到胶凝材料中的填料的全面综述。
[0005]波特兰水泥的生产贡献了约10％的世界二氧化碳排放量。根据Vanderley等，在水泥需求增加的情况下，传统的水泥行业二氧化碳减排策略不足以确保必要的减排。因此，采用昂贵且对环境有风险的碳捕获与储存(CCS，Carbon Capture and Storage)已被水泥行业领导者视为不可避免的解决方案。
[0006]因此，仍然需要开发可负担的如下填料技术：该技术可以结合通过减少水泥生产实现的CO2减排和通过碳捕获技术实现的CO2减排，并且不会不利地影响混凝土的性能。
[0007]本专利技术的一个目的是提供一种用于水泥或沥青粘合剂的改进填料。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种用于水泥或沥青粘合剂的改进填料，所述填料生产成本低廉。
[0009]本专利技术的另一个目的是提供一种用于水泥或沥青粘合剂的改进填料，所述填料使用CO2储存技术生产。
[0010]本专利技术的另一个目的是提供一种用于水泥或沥青粘合剂的改进填料，所述填料可改进所得混凝土的性能(例如抗压强度)。

技术实现思路

[0011]在第一方面，本专利技术提供了一种机械化学羧化飞灰，所述机械化学羧化飞灰的BET表面积小于50m2/g且CO2含量大于1wt％，其中，所述CO2含量被确定为通过TGA
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MS采用温度轨迹测量的高于120℃处的质量损失，其中，温度以10℃/min的速率从室温升至800℃、然后以15℃/min的速率降至室温。
[0012]如将在所附实施例中所示，发现当此种机械化学羧化飞灰用作水泥中的填料时，
所得混凝土的抗压强度出乎意料地增加到超过使用纯水泥时获得的值。此外，强度发展的固化时间(set time)减少。此外，可以使用高得多的量的此种机械化学羧化飞灰作为填料，同时仍能产生可接受的混凝土性能。
[0013]此外，所述机械化学飞灰填料的生产依赖于廉价的CO2捕获技术平台，使得提供了一种填料，所述填料可以以经济可行的方式生产，并且结合了通过减少水泥生产实现的CO2减排和通过碳捕获技术实现的CO2减排。
[0014]此外，发现使用所述机械化学飞灰填料生产的混凝土的耐久性显著提高。不希望受任何理论的束缚，本专利技术人认为这是由于混凝土的微观尺寸和亚微观尺寸的水化作用增强、氯化物渗透性降低和/或孔隙率降低。最后，与未经处理的原料相比，氧含量的增加可能会导致在极性溶剂中的分散性更好，以及与具有环氧基和羧基官能团的材料的相容性更好。
[0015]在另一方面，本专利技术提供了一种生产机械化学羧化飞灰、优选本文所述的机械化学羧化飞灰的方法，所述方法包括如下步骤：a)提供包含飞灰或由飞灰组成的固体原料，其中，所述固体原料为BET表面积大于0.01m2/g且D50为0.1至5000μm的颗粒材料；b)提供包含CO2的氧化气体；c)将所述固体原料和所述氧化气体引入机械搅拌单元；以及d)在所述机械搅拌单元中，在大于1atm的氧化气体压力下，在所述氧化气体的存在下，对所述固体原料的材料进行机械搅拌操作，得到机械化学羧化飞灰。
[0016]在另一方面，本专利技术提供了可通过本文所述的生产机械化学羧化飞灰的方法获得的机械化学羧化飞灰。
[0017]在另一方面，本专利技术提供了一种组合物，所述组合物包含本文所述的机械化学羧化飞灰和选自沥青、水泥、聚合物及它们的组合的其他材料。
[0018]在另一方面，本专利技术提供了一种制备本文所述的组合物的方法，所述方法包括如下步骤：(i)提供本文所述的机械化学羧化飞灰；(ii)提供选自沥青、水泥、聚合物及它们的组合的其他材料；以及(iii)将步骤(i)的机械化学羧化飞灰与步骤(ii)的材料合并。
[0019]在另一方面，本专利技术提供了一种制备混凝土的方法，所述方法包括如下步骤：(i)提供本文所述的组合物，其中，其他材料为沥青或混凝土；(ii)提供建筑骨料；以及(iii)使步骤(i)的组合物与步骤(ii)的建筑骨料接触、优选混合。
[0020]在另一方面，本专利技术提供了可通过本文所述的制备混凝土的方法获得的混凝土。
[0021]在另一方面，本专利技术提供了本文所述的机械化学羧化飞灰的用途：
·
作为填料、优选作为选自沥青、水泥、聚合物及它们的组合的材料中的填料；
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作为混凝土中的沥青或水泥的部分替代品；
·
提高混凝土的抗压强度；
·
提高混凝土的耐久性；或
·
通过降低氯化物渗透性和/或孔隙率来提高混凝土的耐久性。
具体实施方式
[0022]在第一方面，本专利技术提供了一种机械化学羧化飞灰，所述机械化学羧化飞灰的BET表面积小于50m2/g且CO2含量大于1wt％，其中，所述CO2含量被确定为通过TGA
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MS采用温度轨迹测量的高于120℃处的质量损失，其中，温度以10℃/min的速率从室温升至800℃、然后以15℃/min的速率降至室温。
[0023]根据本专利技术，本文所涉及的BET表面积、BJH解吸累积孔表面积和解吸平均孔宽度(4V/A，BET)使用0.5至1g的样品质量在77K的温度下测定。测定BET表面积、BJH解吸累积孔表面积和解吸平均孔宽度(4V/A，BET)的优选分析方法包括在表面积分析之前将样品加热至400℃进行解吸循环。
[0024]如本文所用，TGA
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MS指与质谱联用的热重分析，一种本领域技术人员已知的技术。在本专利技术的情况下，确定原料和机械化学羧化材料的CO2含量的优选TGA
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MS装置设置为与Ametek Dyc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.机械化学羧化飞灰，所述机械化学羧化飞灰的BET表面积小于50m2/g且CO2含量大于1wt％，其中，所述CO2含量被确定为通过TGA
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MS采用温度轨迹测量的高于120℃处的质量损失，其中，温度以10℃/min的速率从室温升至800℃、然后以15℃/min的速率降至室温。2.根据权利要求1所述的机械化学羧化飞灰，其中，所述机械化学羧化飞灰具有如下特征中的一个、两个或三个，优选三个：
·
SiO2含量为30至50wt％(以机械化学羧化飞灰的总重量计)；
·
Al2O3含量为10至20wt％(以机械化学羧化飞灰的总重量计)；
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Fe2O3含量为10至40wt％(以机械化学羧化飞灰的总重量计)。3.根据权利要求1或2所述的机械化学羧化飞灰，其中，所述机械化学羧化飞灰具有如下特征中的一个、两个、三个或全部，优选全部：
·
D10为0.005至5μm、优选为0.01至1μm、最优选为0.1至0.5μm；
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D50为0.5至50μm、优选为1至25μm、最优选为1至10μm；
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D90为5至200μm、优选为20至100μm、最优选为30至50μm；
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D(4:3)为1至100μm、优选为10至25μm。4.制备权利要求1
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3中任一项所述的机械化学羧化飞灰的方法，所述方法包括如下步骤：a)提供包含飞灰或由飞灰组成的固体原料，其中，所述固体原料为BET表面积大于0.01m2/g且D50为0.1至5000μm的颗粒材料；b)提供包含CO2的氧化气体；c)将所述固体原料和所述氧化气体引入机械搅拌单元；以及d)在所述机械搅拌单元中，在大于1atm的氧化气体压力下，在所述氧化气体的存在下，对所述固体原料的材料进行机械搅拌操作，得到机械化学羧化飞灰。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述固体原料的SiO2、Al2O3和Fe2O3的合计含量大于60wt％、优选大于70wt％、更优选大于75wt％(以固体原料的总重量计)。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述固体原料包含飞灰或由飞灰组成，所述飞灰满足ASTM C618要求，最优选所述飞灰满足F类ASTM C618要求。7.根据权利要求4
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6中任一项所述的方法，其中，步骤(b)...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿波娃，
申请(专利权)人：碳循环技术有限公司，
类型：发明
国别省市：