项目简介：

在全球范围内，二氧化碳（CO₂）的捕获、利用和封存（CCUS）技术正日益成为解决气候变化问题的关键方向。近年来，随着全球对可持续发展和减少温室气体排放的关注日益增加，CO₂的有效管理已成为科技创新的重点领域。特别是在工业排放领域，开发新型高效、低成本的CO₂捕获技术变得尤为重要。迄今为止，传统的胺基湿法洗涤仍然是大规模二氧化碳捕集的主要技术，然后将捕获的CO₂加压至~100 bar，最后运输到储存地点进行永久封存尽管近几十年来胺洗涤技术取得了很大的进步，但胺工艺仍然存在一些固有的局限性：

（1）抽取高温蒸汽进行溶剂再生，使电厂整体效率降低20%~30%，同时对电站运行造成较大干扰；

（2）溶剂降解和材料腐蚀，导致溶剂配制、处理和设备维护成本高；

（3）储存安全问题，一旦发生二氧化碳泄漏，将对环境造成威胁。

因此，开发节能、低成本、无风险的CCS工艺具有重要意义。

矿物碳化是CCS的另一种选择，它为减少燃煤电厂的碳排放提供了一种安全、永久的途径矿物碳酸化模拟了二氧化碳的自然化学转化，如非碳酸矿物的风化作用，形成地质和热力学稳定的矿物碳酸盐。由于CO₂矿化的放热性质，认为矿物碳酸化具有很高的经济可行性。以前的研究主要集中在预处理原料和二氧化碳在高温和/或高压下的水间歇式反应上然而，矿物碳酸化所需的过程(即研磨以增加表面积，酸萃取氧化物)和反应条件(即高温高压)是能源密集型和昂贵的金属氧化物的另一种替代来源是高Ca或Mg含量的固体碱性废物(如钢渣、粉煤灰、水泥窑粉尘、和废水泥)，这些废物已被评价为矿物碳化的原料。碱性工业固体废物通常具有高表面积，而不需要广泛的预处理，它们具有高质量的活性氧化物，而不需要为粉碎反应物输入能量或增加反应的温度和压力因此，利用碱性废物封存二氧化碳可能会显著降低成本。在所有碱性工业废弃物中，粉煤灰作为CO₂矿物碳酸化的研究对象备受关注，粉煤灰中高的CaO含量代表了粉煤灰作为矿物碳酸化的巨大潜力。

基于CO₂捕获、利用和封存（CCUS）技术的前沿行业背景，我们的大学生创新实践研究将集中于探索和改进低成本、高效率的CO₂矿物碳化方法。具体的研究范围和方向包括：

（1）利用工业废弃物进行CO₂碳酸化：研究粉煤灰和其他碱性废弃物作为矿物碳化原料的潜力，优化反应条件以提高CO₂转化率和产物稳定性。

（2）工艺优化：开发新的方法以减少碳酸化过程中的能源需求，如探索室温和常压下的碳化反应。

（3）环境影响评估：评估工业废弃物碳化处理对环境的影响，包括副产品的潜在用途和整体生命周期分析。

招募成员要求：

为了确保本研究项目的高质量执行并充分利用提供的实验条件，我们对学生参与者提出以下专业要求：

（一）学术背景：

（1）专业课程要求：学生应至少完成或正在修读化学、化工、环境科学、材料科学或相关领域的专业基础课程。

（2）理论知识：理解CO₂吸收机理、化学反应工程原理以及热力学和动力学基本概念。

（3）环境与气候科学：具备关于环境政策、气候变化的科学基础知识，了解CCUS在全球温室气体减排中的作用。

（二）技能要求：

（1）实验室技能：应具备固体和气体样品处理的经验，能够独立进行基本的化学分析和物性测试。

（2）仪器操作能力：熟练使用至少一种或多种分析仪器，如X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、质谱仪或热重分析（TGA）。

（3）数据分析和编程技能：能够熟练运用高级统计软件（例如R、MATLAB）进行数据分析，并能利用编程语言（如Python）进行数据建模和仿真。

（三）研究能力：

（1）科研素养：具有一定的文献综述能力，能够系统地搜集和分析与课题相关的科研文献。

（2）独立思考和解决问题的能力：能够独立设计实验，分析实验数据，针对实验结果提出合理的科学解释和后续研究方向。

（四）个人素质：

（1）团队协作精神：具有良好的团队合作能力，能够在多学科团队中有效沟通和协作。

（2）学术诚信：遵守学术规范和伦理，诚实记录和呈现实验数据。

（3）安全意识：严格遵循实验室安全规则，包括但不限于正确使用个人防护装备和处理危险化学品。