EDTA调控活性氧化镁水泥水化与碳化的双重作用机制及其性能增强研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Unveiling the Role of EDTA in Controlling Hydration and Carbonation of Reactive MgO Cement

　　本文系统揭示了乙二胺四乙酸（EDTA）通过螯合Mg2+离子调控活性氧化镁水泥（RMC）早期水化动力学，并将亚稳态三水菱镁矿（nesquehonite）加速转化为致密水菱镁矿（hydromagnesite），使大孔（>1000 nm）减少45%、抗压强度提升15%（达10 MPa），为设计可持续MgO基材料提供新策略。

　　

材料

本研究使用的活性氧化镁水泥（RMC）中MgO含量高达96.739%（见表1），另含少量CaO（2.561%）及微量氧化物（Na₂O、SiO₂和Fe₂O₃），这些成分可能对后续水化和碳化过程的反应性及性能产生轻微影响。如图1(a)所示粒度分布表明，RMC颗粒主要分布在1-10 μm范围内，峰值集中于5 μm左右。

pH与Zeta电位

图2展示了RMC和EDTA-RMC体系在24小时水化过程中pH和Zeta电位的变化，这些变化为理解水化体系内离子浓度、表面电荷特性及化学反应动力学提供了线索。

pH值反映了体系中氢氧根离子（OH^-）的浓度。在RMC样品中，pH在早期水化阶段（1-100分钟）波动，中期达到峰值约11.8。

EDTA在RMC中的水化效应机制

EDTA的加入通过其螯合功能显著影响MgO的早期水化行为。本研究观察到的Mg²⁺释放减缓及水化动力学延迟现象，既符合EDTA的已知螯合特性，也揭示了其在RMC体系中区别于普通波特兰水泥（OPC）或其他MgO基材料的独特作用路径。

结论

本研究系统揭示了EDTA调控活性氧化镁水泥（RMC）性能的双重机制：控制水化进程与加速碳化反应。

1. 1.
   EDTA的螯合效应延缓Mg²⁺释放，实现可控的早期水化动力学，使累积放热量降低37.5%，有效防止微裂纹形成。更重要的是，EDTA促进了亚稳态三水菱镁矿向更致密稳定的水菱镁矿的加速转化。
2. 2.
   这种协同作用