综述：溶胶-凝胶技术合成钢铁渣基纳米凝胶：一种有前景的CO2 封存与可持续工业实践途径

　　这篇综述系统探讨了利用钢铁工业副产品（高钙镁氧化物炉渣）通过溶胶-凝胶（sol-gel）技术合成纳米凝胶的创新方法，重点阐述了其在CO2 封存（CCUS）领域的突破性应用。通过机械活化（表面面积达20 m2 /g）、化学修饰及微流控（microfluidics）等优化手段，实现了100 kg CO2 /吨渣的高效矿化，同时拓展了其在建筑材料增强（30%水泥替代率）和重金属吸附（EPA标准）等领域的多功能性。

　　

溶胶-凝胶技术合成钢铁渣基纳米凝胶的突破性进展

Abstract
钢铁工业炉渣通过溶胶-凝胶技术转化为纳米凝胶，为CO₂
封存提供了革命性解决方案。这些富含CaO（45-50%）和MgO（6-10%）的工业副产品，经机械活化后表面面积提升至20 m²
/g，在碱性（pH>10）环境中通过自发放热反应（ΔG=?69 kJ/mol for CaCO₃
）实现高效矿化。微流控和纳米结构调控技术进一步优化了凝胶孔隙率和反应动力学，使其在环境修复和建筑材料领域展现双重价值。

1. Introduction
全球钢铁工业每年产生1.7-2.5亿吨炉渣，传统利用率不足30%。溶胶-凝胶法的温和合成条件（50-70°C）和可调控孔隙特性，使其在碳捕集领域超越直接空气捕集（DAC）和地质封存技术。最新研究表明，催化增强（如TiO₂
光催化）可使反应时间缩短至1小时内，但长期稳定性和规模化生产仍需突破。

2. Properties and preparation of slag
2.1 炉渣特性
转炉渣（BOF）与电弧炉渣（EAF）的化学成分差异显著：BOF含CaO高达50%，而EAF的MgO含量（10%）更突出。这种差异直接影响其碳酸化效率，通过球磨处理可将表面面积从2 m²
/g提升至30 m²
/g。

2.2 溶胶-凝胶制备流程
溶解阶段采用水-碱混合溶剂活化炉渣颗粒，凝胶化阶段通过pH/温度调控形成三维硅网络。关键参数包括：5-15%固含量（w/v）、24-72小时固化时间，以及10-12的优化pH窗口。

3. CO₂
sequestration mechanisms
3.1 化学反应
核心反应CaO+CO₂
+H₂
O→CaCO₃
遵循伪一级动力学模型。高压条件（2 atm）可使吸收率提升至110 kg/吨渣，但温度超过70°C会抑制CO₂
溶解度。

4. Recent trends
表面改性（如高能球磨）与生物炭复合使CO₂
吸收率提升25%。连续流反应器技术的引入，为万吨级生产提供了可能。

5. Applications
在混凝土中替代30%水泥可降低20%碳排放，而纳米凝胶对砷镉的吸附能力达到ppb级。生命周期评估（LCA）显示其碳足迹比传统方法低35%。

6. Conclusion
该技术将工业废料转化为高值环境材料，但需解决原料均质化和长期稳定性问题。与生物材料的复合研发，或将成为下一代碳中和技术的关键突破点。