CN115626798B - 一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5份，碱活化多孔碳材料2～4份，砂25～45份，石45～50份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合进行碳化，再与KOH进行超声共混、热活化得到。本发明所得混凝土具有良好的热稳定性和捕捉二氧化碳能力，可实现高容量二氧化碳的选择性吸附，同时有效兼顾所得混凝土的高温稳定性，显著降低二氧化碳对混凝土的碳化以及内部钢筋的锈蚀等问题；适合推广应用。

Description

一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土及其制备方法。
背景技术
二氧化碳的吸附与分离是减轻温室效应的重要手段之一。
对于一般大气(碳化)环境，混凝土碳化是导致混凝土结构耐久性能劣化的重要原因之一。空气中的CO2扩散到混凝土中，与混凝土中的可碳化物质发生反应，使混凝土的碱性降低。由于钢筋表面的钝化膜只能存在于碱性环境中，当混凝土中的pH值小于11.5时，钝化膜开始不稳定，当pH值小于9.88时，会导致钢筋脱钝等问题。混凝土碳化会降低钢筋表面附近混凝土的碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋锈蚀，进而导致混凝土开裂、剥落等耐久性问题。
工业排放的CO2会引起温室效应。混凝土作为最大宗的人造材料可通过碳化反应吸收空气中的CO2。混凝土的碳化反应往往发生在表面层(5～30mm)，这导致混凝土的CO2捕捉效率较低。在过去的几十年中，吸附材料的研究从传统的吸附剂(如活性炭、沸石、分子筛，等)发展到新兴的金属有机骨架材料，已取得了显著进展。近年来，金属有机骨架基多孔碳材料的合成与应用研究已成为国内外研究的新热点，尤其是将其用于气体吸附领域的研究。但传统金属有机骨架材料面对多组分气体的大气环境，无法有选择性的对气体进行吸附，限制了其对二氧化碳的吸附量，及其在碳捕捉混凝土中的有效应用。
此外，随着国家基础建设项目的增多，混凝土的应用领域也在不断的扩宽，其中高温窑炉用混凝土以及发电站用混凝土年使用量逐年增加。传统金属有机骨架材料本身具有相对较差的稳定性(包括热稳定性、化学稳定性等)，进一步限制了其在高温工业领域中的应用。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种具有良好热稳定性和捕捉二氧化碳能力的混凝土，可实现高容量二氧化碳的选择性吸附，同时有效兼顾所得混凝土的高温稳定性，显著降低二氧化碳(尤其高温条件下)对混凝土的碳化以及内部钢筋的锈蚀等问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17 份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5份，碱活化多孔碳材料(AMCM)2～4份，砂25～45份，石45～50 份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合进行碳化，再与 KOH进行超声共混、热活化得到。
上述方案中，所述聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子的制备方法包括如下步骤：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子放入真空机中抽取空气，在200～300Pa真空度保持2～3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200～300Pa的真空度条件下，静置处理8～10；然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温即可。
上述方案中，所述炭化步骤采用保护气氛，温度为725～750℃，时间为3～3.5h。
上述方案中，所述混合碳化步骤采用的温度为750～800℃，时间为8～10h。
上述方案中，所述热活化步骤采用的温度为650～700℃，时间为2.5～3h。
上述方案中，所述碱活化多孔碳材料的制备方法具体包括如下步骤：
1)Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：将芯壳型Zn/Co ZIF进行室温氮气吹扫，然后在保护气氛下加热进行炭化，得氮掺杂微孔碳材料(NPC样品)；
2)MOFs金属有机骨架制备：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子放入真空机中抽取空气，在 200～300Pa真空度保持2～3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200～300Pa的真空度条件下，静置处理8～10h；然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温即可；再向其中加入氮掺杂微孔碳材料混合，加热进行碳化反应，冷却至室温，制得MOFs多孔碳材料；
3)将所得MOFs多孔碳材料和KOH进行超声共混，进行热活化(碱活化)，冷却至室温后即得所述碱活化多孔碳材料(AMCM)。
上述方案中，所述芯壳型Zn/Co ZIF的比表面积为1300～1500m2/g。
上述方案中，所述氮气吹扫采用的流速为50～60ml/min，时间为0.5～1.0h。
上述方案中，所述炭化步骤采用的升温速率为5～8℃/min，温度为725～750℃，时间为 3～3.5h，保护气体的流量为20～30ml/min。
上述方案中，步骤2)中各组分及其原料所占重量份数包括：铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子 20～30份，四氯化碳15～20份，聚乙烯亚胺15～20份，氮掺杂微孔碳材料45～55份。
上述方案中，所述碳化反应温度为750～800℃，时间为8～10h。
上述方案中，所述MOFs多孔碳材料与KOH的质量比为1:(4～6)。
上述方案中，所述超声共混采用的频率为25000～30000HZ，时间为0.3～0.5h。
上述方案中，所述热活化温度为650～700℃，活化时间2.5～3h。
本发明首先将芯壳型Zn/Co ZIF双金属有机骨架进行炭化制备氮掺杂微孔碳材料，然后利用液相浸渍法使四氯化碳、聚乙烯亚胺(PEI)负载至铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子中，并将其与所得氮掺杂微孔碳材料混合后碳化制备出能够选择性吸附二氧化碳气体且热稳定性优良的基于金属有机框架结构的多孔碳材料(采用液相浸渍法有利于保证所得复合材料对二氧化碳气体的选择性吸附量和热稳定性)；此外，为进一步提高所得碳材料对二氧化碳的吸附量，进一步进行碱活化。
上述方案中，所述水泥可选用42.5级以上的普通硅酸盐水泥，其相关指标满足GB/T 175 《通用硅酸盐水泥》标准要求；其密度为3.0～3.15g/cm3。
上述方案中，所述粉煤灰可选用F类或C类粉煤灰的I级、II级或III级等，其相关指标满足 GB/T 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》标准要求；其密度为2.1～2.4g/cm3。
上述方案中，所述矿粉可选用S75～S105等级的粒化高炉矿渣粉，其相关指标满足GB/T 18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求；其密度为2.6～2.9g/cm3。
上述方案中，所述砂可选用天然砂或人工砂等，密度1.4～1.8g/cm3，粒径为0～5mm，其细度模数为1.5～2.3。
上述方案中，所述石可选用卵石或碎石等，其密度1.3～1.7g/cm3，粒径为5～20mm。
上述方案中，所述聚羧酸减水剂的减水率为35～45％，固含量为14～22％。
上述一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)原料称取，各组分及其所占重量份数包括：水泥6～17份，粉煤灰2～5份，矿粉3～5 份，碱活化多孔碳材料(AMCM)2～4份，砂25～45份，石45～50份，水5～7份，聚羧酸减水剂1.5～4.0份；
2)将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、碱活化多孔碳材料、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌均匀；
3)将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
上述方案中，步骤2)所述搅拌均匀时间为35～60s。
上述方案中，所述养护步骤采用标准养护工艺，采用的湿度为95％以上，温度为20±2℃。
根据上述方案制备的碳捕捉混凝土，密度为2300-2450kg/m3，孔隙率3.0～4.5％，强度 30～60MPa；其具有较优的选择性捕捉二氧化碳的能力，优异的抗碳化能力，可有效避免二氧化碳侵入钢筋混凝土内部导致混凝土碱度降低，使钢筋脱钝出现锈蚀；此外，本发明所得 AMCM孔碳材料具有优良的热稳定性，保证混凝土在高温环境下也具备良好的二氧化碳吸附能力。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明所得AMCM多孔碳材料具有较高的CO2选择性吸附性能和热稳定性，可在复杂的混凝土应用环境下，实现对CO2气体的高效、选择性吸附，同时保证能够在高温下多孔碳骨架不会出现塌陷；此外，该材料具有较高的比表面积和孔容，具有优良的微集料填充效应，对混凝土密实度有较高的提升；
2)本发明所得碳捕捉混凝土具有优良的二氧化碳捕捉能力，有效避免二氧化碳导致混凝土出现碳化等问题。
附图说明
图1本发明实施例2所得AMCM多孔碳材料的SEM图；
图2本发明对比例2所得AMCM多孔碳材料的SEM图。
具体实施方式
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以下实施例中，采用的芯壳型Zn/Co ZIF由西安齐岳生物科技有限公司提供，其孔径为 1.3～1.5nm，密度为1.116g/cm3，孔容为0.7cm3/g，比表面积为1300～1500m2/g。
采用的铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子由昂星新型碳材料常州有限公司提供，其粒度为300～500nm，标准组分Ni3[Fe(CN)6]2。
采用的水泥为新疆吉木萨尔水泥厂生产的天宇华鑫P.O 42.5普通硅酸盐水泥，密度 3.10g/cm3，比表面积350m2/kg，标准稠度用水量为24.7％，烧失量为0.8％，安定性合格，初凝时间为200min，终凝时间为330min；粉煤灰粉煤灰采用乌鲁木齐红雁池二电厂生产的F类II级粉煤灰，比表面积为243m2/kg，细度22.9％，需水量比为102％，烧失量为2.8，密度为2.1～2.4g/cm3；矿粉矿粉采用宝新盛源建材有限公司生产的S75级矿粉，比表面积为311243m2/kg，流动度比为95％，烧失量为0.9％，密度为2.8g/cm3；砂采用新疆中建西部建设建材有限公司生产的天然砂，密度1.4～1.8g/cm3，粒径为0～5mm，细度模数1.5～2.3；石采用新疆中建西部建设建材有限公司生产的卵石，密度1.3～1.7g/cm3，粒径为5～20mm；聚羧酸减水剂为中建西部建设新材料科技有限公司提供，固含量14～22％，减水率35～45％。
实施例1
一种基于金属有机框架的碳捕捉混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中，然后放入陶瓷纤维烘箱；以60ml/min的氮气在室温下吹扫0.5h，然后以5℃/min的加热速率和30ml/min的氮气流量的条件升温至725℃炭化3h，制得NPC样品；
2)MOFs金属有机骨架的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子30份放入真空机中抽取空气，在300Pa真空度保持3h，然后加入四氯化碳20份，聚乙烯亚胺20份，在300的真空度条件下，静置处理10h；然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温；取NPC样品30份，混合均匀后放入陶瓷纤维烘箱800℃碳化10h，取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，制备出MOFs多孔碳材料(MOFs-800多孔碳材料)；
3)取所得MOFs多孔碳材料1份和KOH4份，以频率28000HZ超声共混0.5h，然后加热至温度为650℃，活化时间3h，冷却至室温后即得所述AMCM多孔碳材料；
4)称取水泥8份，粉煤灰4份，矿粉5份，AMCM(碱活化多孔碳材料)2份，砂28 份，石45份，水5份，聚羧酸减水剂3份；
将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、AMCM(碱活化多孔碳材料)、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌35～60s；将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
经测试，本实施例所得AMCM多孔碳材料的比表面积为5000m2/g，制备所得碳捕捉混凝土的二氧化碳吸附量达到4.8mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量4.3mmol/g，氮气吸附量1.2mmol/g，说明本发明所制备的混凝土对二氧化碳气体吸附有较强的选择性。
本实施例所得混凝土密度为2410kg/m3，采用压汞法(MIF)测得其孔隙率为3.5％，较空白混凝土孔隙率降低50％；抗压强度43.5MPa，较空白混凝土强度提高14％；28天快速碳化深度3.3mm，较空白混凝土的碳化深度降低53％；其中，空白组混凝土的制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于不引入对应的AMCM(碱活化多孔碳材料)。
上述结果表明，本实施例所得混凝土可有效兼顾良好的孔隙结构和力学性能，同时可实现二氧化碳的选择性吸附，有效改善混凝土的碳化问题。
实施例2
一种基于金属有机框架的碳捕捉混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中，然后放入陶瓷纤维烘箱；以50ml/min的氮气在室温下吹扫0.5h，然后以5℃/min 的加热速率和20ml/min的氮气流量的条件下升温至725℃炭化3h，制得NPC样品；
2)MOFs金属有机骨架的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子25份放入真空机中抽取空气，在300Pa真空度保持3h，然后加入四氯化碳15份，聚乙烯亚胺15份，在300的真空度条件下，静置处理10h。然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温。取NPC样品45份，混合均匀后放入陶瓷纤维烘箱800℃碳化10h，取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，制备出MOFs多孔碳材料(MOFs-800多孔碳材料)；
3)取所得MOFs多孔碳材料1份和KOH 6份，以频率25000HZ超声共混0.3h，然后加热至温度为650℃，活化时间2.5h，冷却至室温后即得所述AMCM多孔碳材料；
4)称取水泥10份，粉煤灰2份，矿粉5份，AMCM(碱活化多孔碳材料)3份，砂25份，石45份，水6份，聚羧酸减水剂4份；
将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、AMCM(碱活化多孔碳材料)、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌35～60s；将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
经测试，本实施例所得AMCM多孔碳材料比表面积4820m2/g，二氧化碳吸附量达到5.2mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量4.5mmol/g，氮气吸附量0.9mmol/g，说明本发明所制备的AMCM多孔碳材料对二氧化碳气体吸附有较强的选择性。对制备的AMCM多孔碳材料放入马弗炉中在1300℃温度下煅烧5h，取出后进行SEM(扫面电镜)测试，由图1可以看出AMCM多孔碳材料未出现塌陷具有较强的热稳定性。
本实施例所得混凝土密度为2350kg/m3，采用压汞法(MIF)测得其孔隙率为3.0％，较空白混凝土孔隙率降低57％；抗压强度45.2MPa，较空白混凝土强度提高19％；28天快速碳化深度2.8mm，较空白混凝土的碳化深度降低60％；其中，空白组混凝土的制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于不引入对应的AMCM(碱活化多孔碳材料)。
上述结果表明，本实施例所得混凝土可有效兼顾良好的孔隙结构和力学性能，同时可实现二氧化碳的选择性吸附，有效改善混凝土的碳化问题。
实施例3
一种基于金属有机框架的碳捕捉混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中，然后放入陶瓷纤维烘箱；以55ml/min的氮气在室温下吹扫1h，然后以5℃/min的加热速率和30ml/min的氮气流量的条件下升温至725℃炭化3h，制得NPC样品；
2)MOFs金属有机骨架的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子20份放入真空机中抽取空气，在300Pa真空度保持3h，然后加入四氯化碳15份，聚乙烯亚胺15份，在300的真空度条件下，静置处理10h。然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温。取NPC样品50份，混合均匀后放入陶瓷纤维烘箱800℃碳化10h，取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，制备出MOFs多孔碳材料(MOFs-800多孔碳材料)；
3)取所得MOFs多孔碳材料1份和KOH 5份，进行以频率25000HZ超声共混0.5h，然后静置2h，即得所述AMCM多孔碳材料；
4)称取水泥14份，粉煤灰2份，矿粉3份，AMCM(碱活化多孔碳材料)2份，砂25 份，石45份，水5份，聚羧酸减水剂4份；将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、AMCM(碱活化多孔碳材料)、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌35～60s；将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
经测试，本实施例所得AMCM多孔碳材料比表面积4210m2/g，制备的碳捕捉混凝土二氧化碳吸附量达到4.5mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量3.8mmol/g，氮气吸附量0.7mmol/g，说明本发明所制备的混凝土对二氧化碳气体吸附有较强的选择性。
本实施例制备的混凝土密度为2450kg/m3，经过压汞法(MIF)检测，孔隙率为4.2％，较空白混凝土孔隙率降低40％；抗压强度42.4MPa，较空白混凝土强度提高11％。28天快速碳化深度3.8mm，较空白混凝土碳化深度降低46％。
对比例1
一种基于金属有机框架的碳捕捉混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中，然后放入陶瓷纤维烘箱；以55ml/min的氮气在室温下吹扫1h，然后以5℃/min的加热速率和30ml/min的氮气流量在725℃下炭化3h，制得NPC样品；
2)MOFs金属有机骨架的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子20份，四氯化碳15份，聚乙烯亚胺(PEI)15份，NPC样品50份，混合均匀后放入干燥皿中混合均匀后放入陶瓷纤维烘箱800℃碳化10h，取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，制备出MOFs多孔碳材料(MOFs-800多孔碳材料)；
3)取所得MOFs多孔碳材料1份和KOH 5份，进行以频率25000HZ超声共混0.5h，然后静置2h，即得所述AMCM多孔碳材料；
4)称取水泥14份，粉煤灰2份，矿粉3份，AMCM(碱活化多孔碳材料)2份，砂25 份，石45份，水5份，聚羧酸减水剂4份；将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、AMCM(碱活化多孔碳材料)、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌35～60s；将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
经测试，本实施例所得AMCM多孔碳材料比表面积3820m2/g，制备的碳捕捉混凝土二氧化碳吸附量达到3.1mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量1.8mmol/g，氮气吸附量2.9mmol/g，说明本发明步骤2)若只是对材料进行简单混合，无法达到混凝土对二氧化碳气体吸附的选择性。
本对比例制备的混凝土密度为2310kg/m3，经过压汞法(MIF)检测，孔隙率为5.3％，较空白混凝土孔隙率降低24％；抗压强度41.0MPa，较空白混凝土强度提高8％。28天快速碳化深度5.2mm，较空白混凝土碳化深度降低26％。
对比例2
一种基于金属有机框架的吸附材料，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中；以55ml/min的氮气在室温下吹扫1h，得预处理金属有机框架材料；
2)基于MOFs金属有机骨架混合料的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子20份放入真空机中抽取空气，在300Pa真空度保持3h，然后加入四氯化碳15份，聚乙烯亚胺15份，在300Pa的真空度条件下，静置处理10h。然后放入 100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温；取预处理金属有机框架材料50份，混合均匀后取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，得基于MOFs金属有机骨架的混合料；
3)取步骤2)所得混合料1份和KOH 5份，进行以频率25000HZ超声共混0.5h，然后静置 2h，即得所述基于金属有机框架的吸附材料。
经测试，本实施例所得吸附材料的比表面积2150m2/g，二氧化碳吸附量达到2.8mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量2.2mmol/g，氮气吸附量1.7mmol/g。对制备的吸附材料放入马弗炉中在1300℃温度下煅烧5h，取出后进行SEM(扫描电镜)测试，由图2可以看出AMCM多孔碳材料出现塌陷热稳定性，表明热稳定性较差。
对比例3
一种基于金属有机框架的碳捕捉混凝土，其制备方法包括如下步骤：
1)利用Zn/Co-ZIF双金属有机骨架制备氮掺杂微孔碳材料：
将干燥后的芯壳型Zn/Co ZIF装入管式石英反应器(长约100cm，直径约8.0cm)内的陶瓷坩埚中，然后放入陶瓷纤维烘箱；以55ml/min的氮气在室温下吹扫1h，然后以5℃/min的加热速率和30ml/min的氮气流量的条件下升温至725℃炭化3h，制得NPC样品；
2)MOFs金属有机骨架的制备：
取铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子20份放入真空机中抽取空气，在300Pa真空度保持3h，然后加入四氯化碳15份，聚乙烯亚胺15份，在300的真空度条件下，静置处理10h。然后放入100～105℃的干燥箱内干燥至恒重，冷却至常温。取NPC样品50份，混合均匀后放入陶瓷纤维烘箱800℃碳化10h，取出放入干燥皿中冷却至室温(25℃)，制备出MOFs多孔碳材料(MOFs-800多孔碳材料)；
3)称取水泥14份，粉煤灰2份，矿粉3份，AMCM(碱活化多孔碳材料)2份，砂25 份，石45份，水5份，聚羧酸减水剂4份；将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、AMCM(碱活化多孔碳材料)、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌35～60s；将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制备所述具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
经测试，本对比例所得AMCM多孔碳材料比表面积2100m2/g，制备的碳捕捉混凝土二氧化碳吸附量达到2.5mmol/g，在二氧化碳、氮气气体混合环境中混凝土二氧化碳吸附量1.2mmol/g，氮气吸附量0.4mmol/g，说明本发明所制备的混凝土对二氧化碳气体吸附具有一定的选择性，但吸附容量有限。未经碱活化的材料虽然对二氧化碳吸附有一定的选择性，但总体的吸附量较小，说明未经碱活化的材料其孔径大小不满足对气体的吸附。
本对比例制备的混凝土密度为2420kg/m3经过压汞法(MIF)检测，孔隙率为6.5％，较空白混凝土孔隙率降低7.0％；抗压强度40.0MPa，较空白混凝土强度提高5.0％。28天快速碳化深度6.0mm，较空白混凝土碳化深度降低14％。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1. 一种基于金属有机框架材料的碳捕捉混凝土，其特征在于，各组分及其所占重量份数为：水泥 6~17份，粉煤灰 2~5份，矿粉 3~5份，碱活化多孔碳材料2~4份，砂 25~45份，石45~50份，水 5~7份，聚羧酸减水剂 1.5~4.0份；其中所述碱活化多孔碳材料通过将双金属有机框架材料进行炭化得氮掺杂微孔碳材料，然后与聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子混合，碳化，再与KOH进行超声共混、热活化得到；
所述聚乙烯亚胺浸渍改性铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子的制备方法包括如下步骤：将铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子在200~300Pa真空度下保持2~3h，然后加入四氯化碳、聚乙烯亚胺混合均匀，在200~300Pa的真空度条件下，静置处理8~10h；干燥至恒重，冷却至常温即可；
所述炭化步骤采用氮气气氛，温度为725~750℃，时间为3~3.5h。
2.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述碳化步骤采用的温度为750~800℃，时间为8~10h。
3.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述热活化步骤采用的温度为650~700℃，时间为2.5~3h。
4.根据权利要求2所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述碳化步骤中涉及的各原料及其用量包括：铁氰酸镍类普鲁士蓝粒子 20~30份，四氯化碳 15~20份，聚乙烯亚胺 15~20份，氮掺杂微孔碳材料45~55份。
5.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述水泥为42.5级以上的普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级、II级或III级；所述矿粉为粒化高炉矿渣粉。
6.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述砂的细度模数为1.5~2.3；所述石为卵石或碎石，其粒径为5~20mm。
7.根据权利要求1所述的碳捕捉混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的减水率为35~45%。
8.权利要求1~7任一项所述碳捕捉混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）原料称取，各组分及其所占重量份数为：水泥 6~17份，粉煤灰 2~5份，矿粉 3~5份，碱活化多孔碳材料2~4份，砂 25~45份，石45~50份，水 5~7份，聚羧酸减水剂 1.5~4.0份；2）将称取的水泥、粉煤灰、矿粉、碱活化多孔碳材料、砂、石、水和聚羧酸减水剂加入强制式搅拌机中进行搅拌均匀；3）将所得混合料进行浇筑，拆模后养护，制得具有二氧化碳捕捉能力的碳捕捉混凝土。
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