一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的方法和应用

技术领域

本发明涉及碳化材料技术领域，更具体地说，是涉及一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的方法和应用。

背景技术

甜蜜素，是一种常用甜味剂，其化学名称为环己基氨基磺酸钠，从外观上看是白色针状、片状结晶或结晶状粉末，是食品生产中常用的添加剂，主要用来增加食品甜味，甜蜜素的甜味较好，后苦味比糖精低，成本较低；由于其成本低廉、经济价值高，受到了广大食品生产加工企业的欢迎，甜蜜素已成为食品加工业中的重要代糖产品。

“双碳”战略行动计划的提出，为实现碳达峰与碳中和的目标，减少二氧化碳的排放和对二氧化碳的捕集、利用和封存，已成为当下研究的重点。富含硅酸钙的碳化胶凝材料，可在二氧化碳的养护下，形成以碳酸钙为核心，C-S-H凝胶为胶结相的碳化制品，所制备的制品在碳化养护时，能够有效的利用大量的二氧化碳，并且得到的产物可以替代人造石与天然石，有效缓解石料市场的资源短缺，并为保护环境做出贡献。钢渣等固废碳化过程中放出大量的热，这就导致了一些外加剂性能受到影响，碳化生产出来碳矿化制品存在碳化强度低、碳化不均匀等一系列问题。在大量的工业生产中问题更加严重。碳化过程中产生了大量的水汽，导致反应釜内的湿度急速上升，严重影响工业产品。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的方法和应用，该方法能够解决工业生产中碳化强度不充足、碳化不均匀的技术问题。

本发明提供了一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的方法，包括以下步骤：

a)将甜蜜素溶液与富含硅酸钙成分的材料混合，得到混合物；

b)将上述混合物压制成型后，进行碳化处理，得到低碳矿化制品。

优选的，步骤a)中所述甜蜜素溶液为浓度2wt％～20wt％的环己基氨基磺酸钠水溶液。

优选的，步骤a)中所述富含硅酸钙成分的材料选自硅酸一钙、二硅酸三钙、β-硅酸二钙、γ-硅酸二钙、钢渣、炉渣、镁渣中的一种或多种。

优选的，步骤a)中所述甜蜜素溶液占混合物总质量的9％～20％。

优选的，步骤b)中所述压制成型的压力为10MPa～50MPa，保压时间为1min～5min。

优选的，步骤b)中所述碳化处理采用的二氧化碳体积浓度为3％～100％。

优选的，步骤b)中所述碳化处理的碳化压力为0.01MPa～0.6MPa，碳化时间为6h～60h。

本发明还提供了一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的应用，所述甜蜜素作为增效成分在硅酸钙碳化形成建材制品中的应用。

与现有技术相比，本发明提供的增强硅酸钙碳化性能的方法首次应用甜蜜素实现了硅酸钙碳化性能的增强，能够解决工业生产中碳化强度不充足、碳化不均匀的技术问题。实验结果表明，本发明提供的增强硅酸钙碳化性能的方法通过引入甜蜜素，提高了制品的碳化程度和力学性能，产品达标率更加稳定，也提升了二氧化碳的吸收量。

此外，本发明提供的增强硅酸钙碳化性能的方法工艺简单，条件温和、易控，实现了甜蜜素作为增效成分在硅酸钙碳化形成建材制品中的应用，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的方法，包括以下步骤：

a)将甜蜜素溶液与富含硅酸钙成分的材料混合，得到混合物；

b)将上述混合物压制成型后，进行碳化处理，得到低碳矿化制品。

本发明首先将甜蜜素溶液与富含硅酸钙成分的材料混合，得到混合物。

在本发明中，所述甜蜜素溶液优选为浓度2wt％～20wt％的环己基氨基磺酸钠水溶液，更优选为浓度5wt％～20wt％的环己基氨基磺酸钠水溶液。本发明对所述甜蜜素(环己基氨基磺酸钠，C

在本发明中，所述富含硅酸钙成分的材料优选选自硅酸一钙、二硅酸三钙、β-硅酸二钙、γ-硅酸二钙、钢渣、炉渣、镁渣中的一种或多种，更优选为钢渣。本发明对所述富含硅酸钙成分的材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述甜蜜素溶液优选占混合物总质量的9％～20％，更优选为11％～13％。

本发明对所述混合的方式没有特殊限制，能够实现混合均匀的人工搅拌或机械搅拌的技术方案均可。

得到所述混合物后，本发明将上述混合物压制成型后，进行碳化处理，得到低碳矿化制品。

在本发明中，所述压制成型采用的模具的压板尺寸优选为50mm～150mm，更优选为100mm，腔体深度优选为60mm～70mm，更优选为65mm，外形尺寸优选为(100～200)mm×(100～200)mm，更优选为150mm×150mm。

在本发明中，所述压制成型的压力优选为10MPa～50MPa，更优选为15MPa～25MPa，保压时间优选为1min～5min，更优选为2min～3min。

在本发明中，所述碳化处理采用的二氧化碳体积浓度优选为3％～100％，更优选为80％～90％。

在本发明中，所述碳化处理的碳化压力优选为0.01MPa～0.6MPa，更优选为0.1MPa～0.15MPa，碳化时间优选为6h～60h，更优选为45h～50h。

本发明还提供了一种甜蜜素增强硅酸钙碳化性能的应用，所述甜蜜素作为增效成分在硅酸钙碳化形成建材制品中的应用。

研究发现本发明涉及的反应机理如下：

碳化过程中，二氧化碳与水反应生成碳酸，并电离成氢离子、碳酸氢根离子、碳酸根离子，氢离子使得反应环境为弱酸性，促进甜蜜素(环己基氨基磺酸钠)水溶液电离出钠离子和环己胺磺酸根离子，环己胺磺酸根离子与氢离子结合生成含有羟基基团的环己胺磺酸

在此基础上，本发明具有如下有益效果：

本发明使用甜蜜素水溶液，不仅可以有效的提升碳矿化制品的碳化程度，而且可以使工业生产中碳矿化制品间的抗折强度分布均匀，上下悬殊小，使得产品达标率更加稳定，促进碳矿化制品工业化的生产，可以很大程度上消耗二氧化碳，响应国家“双碳”战略行动计划。

本发明提供的增强硅酸钙碳化性能的方法首次应用甜蜜素实现了硅酸钙碳化性能的增强，能够解决工业生产中碳化强度不充足、碳化不均匀的技术问题，得到高性能的碳化制品。同时，本发明提供的增强硅酸钙碳化性能的方法工艺简单，条件温和、易控，实现了甜蜜素作为增效成分在硅酸钙碳化形成建材制品中的应用，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的原材料均为市售来源。

实施例1

将含甜蜜素为5wt％的甜蜜素水溶液与钢渣(硅酸钙含量为50wt％)混合均匀，得到混合物，其中，甜蜜素水溶液占混合物总质量的12％；然后将上述混合物填充到模具(型号：PRY-S；压板尺寸：100mm；腔体深度：65mm；外形尺寸：150mm×150mm)中，再以20MPa压力通过压机压制成型并保压2min，制成所需样品；将上述样品置于反应釜中，经0.12MPa碳化压力、体积浓度为85％的二氧化碳碳化48h，得到低碳矿化制品。

重复上述操作，每次取相同重量的混合物，共制备得到10个样品，分别记作样品1-X。

实施例2

将含甜蜜素为15wt％的甜蜜素水溶液与钢渣(硅酸钙含量为50wt％)混合均匀，得到混合物，其中，甜蜜素水溶液占混合物总质量的12％；然后将上述混合物填充到模具(型号：PRY-S；压板尺寸：100mm；腔体深度：65mm；外形尺寸：150mm×150mm)中，再以20MPa压力通过压机压制成型并保压2min，制成所需样品；将上述样品置于反应釜中，经0.12MPa碳化压力、体积浓度为85％的二氧化碳碳化48h，得到低碳矿化制品。

重复上述操作，每次取相同重量的混合物，共制备得到10个样品，分别记作样品2-X。

实施例3

将含甜蜜素为20wt％的甜蜜素水溶液与钢渣(硅酸钙含量为50wt％)混合均匀，得到混合物，其中，甜蜜素水溶液占混合物总质量的12％；然后将上述混合物填充到模具(型号：PRY-S；压板尺寸：100mm；腔体深度：65mm；外形尺寸：150mm×150mm)中，再以20MPa压力通过压机压制成型并保压2min，制成所需样品；将上述样品置于反应釜中，经0.12MPa碳化压力、体积浓度为85％的二氧化碳碳化48h，得到低碳矿化制品。

重复上述操作，每次取相同重量的混合物，共制备得到10个样品，分别记作样品3-X。

本发明实施例1～3中样品的抗折强度、固碳率测试结果参见表1所示。

表1样品的抗折强度、固碳率测试结果数据

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对比例1

将水与钢渣(硅酸钙含量为50wt％)混合均匀，得到混合物，其中，水占混合物总质量的12％；然后将上述混合物填充到模具(型号：PRY-S；压板尺寸：100mm；腔体深度：65mm；外形尺寸：150mm×150mm)中，再以20MPa压力通过压机压制成型并保压2min，制成所需样品；将上述样品置于反应釜中，经0.12MPa碳化压力、体积浓度为85％的二氧化碳碳化48h，得到低碳矿化制品。

重复上述操作，每次取相同重量的混合物，共制备得到10个样品，分别记作样品4-X。

对比例2

将含甜蜜素为25wt％的甜蜜素水溶液与钢渣(硅酸钙含量为50wt％)混合均匀，得到混合物，其中，甜蜜素水溶液占混合物总质量的12％；然后将上述混合物填充到模具(型号：PRY-S；压板尺寸：100mm；腔体深度：65mm；外形尺寸：150mm×150mm)中，再以20MPa压力通过压机压制成型并保压2min，制成所需样品；将上述样品置于反应釜中，经0.12MPa碳化压力、体积浓度为85％的二氧化碳碳化48h，得到低碳矿化制品。

重复上述操作，每次取相同重量的混合物，共制备得到10个样品，分别记作样品5-X。

对比例1～2中样品的抗折强度、固碳率测试结果参见表2所示。

表2样品的抗折强度、固碳率测试结果数据

由表1～2可知，实施例1～3及对比例1，随着甜蜜素水溶液浓度的增加，产品的抗折强度逐渐提升，并且抗折强度更加稳定，且碳化更加均匀；但对比例2，甜蜜素水溶液的浓度继续增加，产品的抗折强度、碳化程度不再明显提高，这是由于整个反应体系中钙离子的析出量已经达到平衡，甜蜜素水溶液的浓度继续增加，也不会溶出更多的钙离子，即产品的抗折强度也不会再明显提高。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。