全球气候变化正以前所未有的速度威胁着人类生存环境，其中工业CO₂
排放被确认为温室效应的首要推手。据政府间气候变化专门委员会（IPCC）数据，大气CO₂
浓度已从工业革命前的280 ppm飙升至410 ppm，若不加控制，2030年将突破450 ppm警戒线。面对这一严峻挑战，传统的碳捕集与封存（CCS）技术存在存储容量不确定、泄漏风险等缺陷，而新兴的碳捕集封存利用（CCSU）策略通过将CO₂
转化为高附加值产品，正在重塑气候治理格局。

在这一背景下，矿物碳酸化技术因其能将CO₂
永久固化为热力学稳定的碳酸盐矿物而备受关注。特别是利用富含钙镁的工业碱性废弃物进行碳酸化，既可避免天然矿物开采的能源消耗，又能实现"以废治废"的双重效益。电石渣作为乙炔生产过程中的副产物，全球年产量高达2亿吨，其主成分Ca(OH)₂
含量达95%，理论CO₂
捕获量可达12.5 mol kg^-1
，但传统钙循环工艺的高温（>500°C）特性严重制约了其实际应用。

为解决这一技术瓶颈，阿拉伯联合酋长国大学的研究团队在《Sustainable Environment Research》发表创新性研究，首次系统比较了电石渣在固定床反应器中干/湿相直接矿物碳酸化的性能差异。研究人员采用多尺度表征技术（在线气相色谱、热重分析、SEM/EDS等），通过精确控制液固比（0-0.5）、气体湿度（1.1-9.1%）、压力（0.1-1 MPa）等18个操作参数，建立了电石渣碳酸化的全流程优化方案。特别值得注意的是，实验所用原料来自海湾地区工业合作伙伴，通过最小化预处理（105°C烘干+研磨）保持其工业适用性。

【研究方法】
研究采用12 cm固定床上流式反应器，通过质量流量控制器精确调控含CO₂
（12.5-100%）的混合气体流速（0.01-0.1 m s^-1
）。碳酸化效率通过在线气相色谱（GC-TCD）和热重分析（TGA）双重验证，结合BET比表面积分析和X射线衍射（XRD）揭示微观机制。关键创新在于引入两种水相调控方式：直接添加蒸馏水（湿相）与气体加湿（干相），系统考察水分存在形式对反应动力学的影响。

【结果与发现】

1. 干湿路径性能对比
   干相碳酸化在常温常压下仅实现7.3% CE和0.9 mol CO₂
   kg^-1
   ，而湿相在液固比0.2时性能提升4倍（36.8% CE）。SEM显示碳酸化产物呈现非晶态CaCO₃
   特征，EDS证实碳含量从原料的0.9%增至10.2%。

1. 水分调控机制
   气体加湿至5.5%含水量使干相CE提升至37.3%，证实水分子通过促进CO₂
   溶解和Ca²⁺
   扩散双重作用催化反应。但过量水分（液固比>0.3或湿度>9.1%）会因颗粒表面水膜过厚而阻碍传质。

2. 压力强化效应
   1 MPa压力下湿相CE飙升至97%，CCC达12.2 mol kg^-1
   ，接近理论最大值。XRD谱图中Ca(OH)₂
   特征峰（18.0°）完全消失，CaCO₃
   （29.4°）成为主导晶相。

3. 颗粒尺寸影响
   <50μm颗粒在干相表现最佳（14% CE），而50-200μm颗粒在湿相实现52% CE，揭示微米级孔隙（0.094 cm³
   g^-1
   ）对离子传输的关键作用。

【结论与展望】
该研究首次证实电石渣在温和条件下（120°C, 1 MPa）可实现近完全碳酸化，其CO₂
封存潜力相当于全球电石渣年产量可固定1.07亿吨CO₂
。相较于传统钙循环工艺，该技术具有三大突破性优势：（1）将CO₂
直接转化为建材原料CaCO₃
，实现"捕获-固化-利用"单步完成；（2）反应条件与工业废气参数（2-12%湿度，15-30% CO₂
浓度）高度匹配；（3）废弃物处理成本降低60%（免去高温煅烧环节）。研究团队已基于该成果获得美国专利（US11998870B1），为发展基于工业废弃物的分布式碳中和技术提供了新范式。未来研究可进一步探索：（1）流化床反应器设计以强化传质效率；（2）碳酸化产物在水泥工业的规模化应用；（3）复杂烟气组分（SO_x
/NO_x
）对长期稳定性的影响。