使用碳酸钙和稳定剂的方法和组合物技术

本文提供了用于含有亚稳碳酸盐和稳定剂的材料的组合物、方法和系统。还提供了用于制备该组合物以及使用该组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用碳酸钙和稳定剂的方法和组合物相关申请的交叉引用本申请要求2011年4月28日提交的美国临时申请号61/480,018、2011年8月24日提交的美国临时申请号61/526,751以及2011年9月15日提交的美国临时申请号61/534,972的优先权，所有这些申请均通过引用整体并入本文。政府支持在此描述的工作全部或部分地是利用能源部授予的第DE-FE0002472号资金在政府支持下进行的。政府在本专利技术中拥有某些权利。
技术介绍
碳酸钙用于从造纸到粘合剂生产到建筑的众多行业中。由二氧化碳隔离法（sequestering）形成的碳酸钙可以用于上述许多应用中，并且实际上可用于两个目的：隔离二氧化碳以及用作碳酸钙原料。这个双重目的对于环境可能倍加有益的一个领域是建筑材料，尤其是水泥和混凝土。由于常规水泥的生产可能是通过常规水泥的煅烧以及加热窑炉所需的能量而向大气中排放二氧化碳的促进因素之一，因此常规水泥用量的减少可以帮助减少地球大气中二氧化碳的量。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种包含亚稳碳酸盐和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，该组合物为胶结组合物。在一些实施方案中，该胶结组合物为水硬水泥组合物、辅助胶结材料、自胶结组合物或其组合。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐为碳酸钙。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐选自球霰石（vaterite）、非晶碳酸钙、霰石（aragonite）、球霰石的前体相、霰石的前体相、不及方解石稳定的中间相、介于这些多晶型物之间的多晶形式及其组合。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少10%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少10%w/w的球霰石和至少1%w/w的非晶碳酸钙（ACC）。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含10-99%w/w或10-100%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含至少50%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含50-100%w/w的球霰石。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐包含活化的球霰石。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，稳定剂包括但不限于，酸、酯、磷酸盐、硫酸盐、聚环氧乙烷、多元醇及其组合。在一些实施方案中，酸为C1-C20酸、磺酸或膦酸。在一些实施方案中，C1-C20酸包括但不限于，柠檬酸、苹果酸、己二酸、单宁酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸及其混合物。在一些实施方案中，磺酸为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酸的共聚物。在一些实施方案中，膦酸包括但不限于，N-次氮基三(亚甲基膦酸)、1,2-乙烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、1,6-己烷二基双(次氮基二(亚甲基膦酸))、氨基三(亚甲基膦酸)、聚甲氧基多膦酸、乙二胺四(亚甲基膦酸)（EDTMP）及其组合。在一些实施方案中，酸还包含羟基和/或氨基。在一些实施方案中，酯为C1-C20酸、膦酸或磺酸的酯。在一些实施方案中，酯为包括但不限于柠檬酸、苹果酸、己二酸、单宁酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸及其混合物的C1-C20酸的酯。在一些实施方案中，硫酸盐为海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或其组合。在一些实施方案中，硫酸盐为碱金属硫酸盐和/或碱土金属硫酸盐。在一些实施方案中，聚环氧乙烷具有1,000-100,000的分子量。在一些实施方案中，聚环氧乙烷具有式R-Ph-O(OCH2CH2)mOH，其中R为5-30个碳原子的烷基，Ph为苯基，且m为具有5-50的值的整数。在一些实施方案中，聚环氧乙烷为含有20-30摩尔环氧乙烷的乙氧基壬基苯基。在一些实施方案中，多元醇为C10-C18多元醇。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，稳定剂为钙结合剂或碳酸盐结合剂。在一些实施方案中，稳定剂被引入碳酸盐的晶格中。在一些实施方案中，稳定剂存在于碳酸盐的表面上。在一些实施方案中，稳定剂使组合物稳定多达5年。在一些实施方案中，亚稳碳酸盐中的钙与碳酸根之比为1:1至1.5:1。在一些实施方案中，稳定剂为碱金属硫酸盐，并且组合物中的硫酸盐为至少0.1wt%或0.1-5wt%。在一些实施方案中，组合物中超过90%或90-99%的硫酸盐来自稳定剂。在一些实施方案中，组合物具有在14-40MPa或20-40MPa范围内的抗压强度。在一些实施方案中，组合物具有低于-12‰或为-12‰到-25‰的碳同位素分馏值（δ13C）。在一些实施方案中，组合物包含1%w/w到99%w/w的球霰石。在一些实施方案中，组合物包含1%w/w到99%w/w的ACC。在一些实施方案中，组合物为具有0.1-100微米的平均粒径的颗粒组合物。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，组合物包括氮氧化物，硫氧化物，汞，金属，氮氧化物、硫氧化物、汞和/或金属中任何一种的衍生物，或其组合。在一些实施方案中，组合物包括波特兰水泥熔块(clinker)、骨料、其他辅助胶结材料（SCM）或其组合。在一些实施方案中，其他辅助胶结材料包括炉渣、飞灰等。在一个方面，提供了一种成形的建筑材料，其包含：本文提供的组合物或其凝固且硬化后的形式。在一个方面，提供了一种骨料，其包含：本文提供的组合物或其凝固且硬化后的形式。在一个方面，提供了一种包装物，其包含：本文提供的组合物以及适合容纳该组合物的包装材料。在一个方面，提供了一种制备本文提供的组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO2源的CO2与质子去除剂相接触以形成溶液；并且(b)使该溶液与含有碱土金属的水在一项或多项条件下相接触以制备该组合物。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之前使稳定剂与含有碱土金属的水相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在进行步骤(b)的同时使稳定剂与溶液相接触。在一些实施方案中，该方法进一步包括在步骤(b)之后使稳定剂与溶液相接触。在一个方面，提供了一种制备本文提供的组合物的方法，该方法包括：(a)使来自CO2源的CO2与质子去除剂相接触以形成溶液；并且(b)使该溶液与含有碱土金属的水和稳定剂的水在一项或多项条件下相接触以制备包含球霰石和稳定剂的组合物。在一些实施方案中，在步骤(b)之前将稳定剂加入到含有碱土金属的水中。在一些实施方案中，所述一项或多项条件选自混合、搅拌、温度、pH、沉淀、沉淀物的保留时间、沉淀物的脱水、用水洗涤沉淀物、离子比、添加剂的浓度、干燥、碾磨、研磨、储存、老化和固化。在一些实施方案中，该方法进一步包括通过核活化、热活化、机械活化、化学活化或其组合来活化组合物。在一些实施方案中，该活化包括加入霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种。在本文提供的组合物中无机添加剂或有机添加剂的一些实例包括但不限于癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。在一些实施方案中，该方法进一步包括使组合物与水组合并且在组合物凝固或硬化从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其包含亚稳碳酸盐和稳定剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.28 US 61/480,018;2011.08.24 US 61/526,7511.一种组合物，其包含活化的球霰石和0.1-1wt％的稳定剂，其中所述稳定剂包含活化的球霰石的晶格中引入的稳定剂，其中所述稳定剂是硫酸盐，且其中所述活化的球霰石在溶解-再沉淀工艺过程中和/或之后导致霰石形成。2.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含非晶碳酸钙、球霰石的前体相、霰石的前体相以及它们的组合。3.如权利要求1或2中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含至少50％w/w的活化的球霰石。4.如权利要求1所述的组合物，其中所述硫酸盐为海水中的硫酸盐、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、木素硫酸盐或它们的组合。5.如权利要求1所述的组合物，其中所述活化的球霰石中的钙与碳酸根之摩尔比为1:1到1.5:1。6.如权利要求3所述的组合物，其中所述活化的球霰石中的钙与碳酸根之摩尔比为1:1到1.5:1。7.如权利要求1或4所述的组合物，其中所述组合物在与水组合、凝固并硬化之后具有14-40MPa的抗压强度。8.如权利要求1或2所述的组合物，其中所述组合物具有小于-12‰的碳同位素分馏值(δ13C)。9.如权利要求1或4所述的组合物，进一步包含波特兰水泥熔块、骨料、其他辅助胶结材料(SCM)或它们的组合。10.如权利要求1或4所述的组合物，其中所述稳定剂为碱金属硫酸盐。11.如权利要求10所述的组合物，其中所述组合物中超过90％的硫酸盐来自于所述稳定剂。12.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含霰石晶种、无机添加剂或有机添加剂中的一种或多种，其中所述无机添加剂或有机添加剂选自癸基硫酸钠、月桂酸、月桂酸的钠盐、尿素、柠檬酸、柠檬酸的钠盐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸的钠盐、牛磺酸、肌酸、右旋糖、聚(n-乙烯基-1-吡咯烷酮)、天冬氨酸、天冬氨酸的钠盐、氯化镁、乙酸、乙酸的钠盐、谷氨酸、谷氨酸的钠盐、氯化锶、石膏、氯化锂、氯化钠、甘氨酸、脱水柠檬酸钠、碳酸氢钠、硫酸镁、乙酸镁、聚苯乙烯钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯醇或其组合。13.如权利要求12所述的组合物，其中所述组合物包含0.1-5％w/w的无机添加剂或有机添加剂。14.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物是沉淀物、浆料或干粉。15.如权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包含50-20000ppm镁和/或1-50000ppm锶...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·费尔南德斯，I·陈，帕特丽夏·东·李，马修·金德沃格尔，
申请(专利权)人：卡勒拉公司，
类型：
国别省市：