科学网-科研速递|中国矿业大学张吉雄教授团队：乙酸改性粉煤灰基碱激发材料的流变性能、微观结构与固碳性能优化-SciOpen TUP的博文

科研速递|中国矿业大学张吉雄教授团队：乙酸改性粉煤灰基碱激发材料的流变性能、微观结构与固碳性能优化

2026-10-19 15:49

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文章简介

中国矿业大学张吉雄教授、霍彬彬副教授以及徐州工程学院王晓讲师等在Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials期刊发表最新研究——Optimizing the rheology, microstructure and carbon sequestration performance of alkali-activated material incorporating acetic acid-modified fly ash。粉煤灰反应活性低、浆液流变性能不佳，制约了碱激发粉煤灰充填（AFB）浆液的固碳效率。为此，研究团队采用乙酸（AA）对粉煤灰进行表面改性，以协同提升AFB浆液的CO₂封存能力与流变性能。研究系统考察了AA掺量对AFB浆液固碳能力的影响，并结合微观结构分析与碳生命周期评估，阐明了其作用机理。

结果表明，AA掺量与AFB浆液的固碳能力呈非单调关系，先增后降；当AA掺量为2 wt%时，CO₂吸收量较高（1.27%），屈服应力最低（9.28 Pa）。其提升源于AA驱动的表面改性使颗粒细化、反应活性提高。同时，AA吸附于粉煤灰表面起润滑与分散作用，显著改善浆液流动性。综合考虑矿山充填管道泵送要求，2 wt% AA在保持较高固碳水平的同时流变指标最优（屈服应力9.28 Pa、塑性黏度0.67 Pa·s、触变环面积144.05 Pa s^-1），被确定为综合最优配比。微观分析进一步揭示，AA改性可细化粉煤灰颗粒、生成原位表面孔隙并形成分散/润滑性表面相，从而增大碳酸盐生成所需比表面积并改善浆液易性。碳生命周期评估显示，采用2 wt% AA改性粉煤灰的AFB浆液较未改性基准组总排放量减少65.76 kg t^-1，展现出良好的碳减排效果与碳封存潜力。该研究可为工业固废资源化与碳捕集协同利用提供新思路，也为可持续矿山充填应用提供了有前景的技术方案。

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Fig. 1 (a) Shear stress and (b) viscosity versus shear rate of alkali-activated FA-based backfill at varying acetic acid dosages.

Fig. 2 Effect of acetic acid dosages on the thixotropic loop area of alkali-activated FA-based backfill.

Fig. 3 FTIR spectra of alkali-activated FA-based backfill at different acetic acid dosages.

Fig. 4 The morphology of (a) AFB0(R), (b) AFB0(C), (c) AFB1(C), (d) AFB2(C), (e) AFB4(C), and (f) AFB6(C).

Fig. 5 SEM micrographs of (a) MF0, (b) MF2, and (c) MF4.

Fig. 6 Specific surface area and pore volume of acetic acid-modified fly ash.

Fig. 7 Physical and chemical CO₂ sequestration capacity of alkali-activated FA-based backfill.

收录卷次

2026年第2卷

引用格式

B. Huo, J. Zhang, N. Zhou, et al. Optimizing the rheology, microstructure and carbon sequestering performance of alkali-activated material incorporating acetic acid-modified fly ash. Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials, 2026, 2: 9520035. https://doi.org/10.26599/MRSE.2026.9520035

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https://www.sciopen.com/article/10.26599/MRSE.2026.9520035

作者简介

霍彬彬，中国矿业大学矿业工程学院副教授，博士毕业于东南大学土木工程材料专业。主要从事先进矿山功能材料、绿色充填采矿、固废资源化利用等方面的教学和科研工作。主持国家自然科学基金青年基金、江苏省卓越博士后等项目4项；参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、企业攻关等纵横向项目10余项；发表SCI/EI等高水平论文50余篇，申请发明专利30余件，出版专著1部，参与制定行业标准1项；担任中国硅酸盐学会固废与生态材料分会青委会委员、江苏省硅酸盐学会会员、《矿业科学学报》青年编委、Construction and Building Materials等多个期刊审稿人；获中国煤炭工业协会一等奖1项、二等奖3项。

张吉雄，教授、博士生导师，现任中国矿业大学校长、党委副书记。国家杰出青年科学基金获得者，享受国务院政府特殊津贴专家，先后入选国家重大人才工程项目、科技部中青年科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才等。主要从事矿山充填开采与岩层控制、矿山固废处置与利用及矿山绿色功能材料等方面的教学与科研工作。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等项目30余项。获国家技术发明二等奖及省部级科技进步一等奖等7项，获授权国家发明专利80余件；出版学术专著4部，主编教材2部；制定国家或行业标准10项。发表学术论文100余篇，2020至2025年连续6年入选Elsevier矿业工程领域中国高被引学者。担任《中国矿业大学学报》及International Journal of Mining Science and Technology主编，兼任《采矿与安全工程学报》编委会主任等。

王晓，徐州工程学院讲师，博士毕业于上海大学，中国矿业大学矿业工程博士后出站。主要研究方向为环境应用纳米材料、煤基固废功能材料。主持江苏省科技厅青年基金、中国博士后面上项目，参与国家自然科学基金重点项目、面上项目等3项，发表SCI论文十余篇。

关于MRSE

Materials Reports: Solidwaste and Ecomaterials（《材料导报：固废与生态材料》，简称MRSE），2025年正式创刊，是《材料导报》期刊社创办的第二本英文姊妹刊，聚焦于固体废弃物的资源化利用与生态材料转化。由中国矿业大学（北京）王栋民教授担任创刊主编，香港理工大学Chi Sun Poon教授、深圳大学崔宏志教授、同济大学张祖华教授担任共同主编；由清华大学出版社SciOpen平台提供出版服务，采用开放获取出版模式。

报道范围 Scope

MRSE致力于报道各种固体废弃物的原创性研究和前沿应用，传播创新理念，助力建设绿色生态社会。期刊报道范围主要涉及（但不限于）：

◆ Construction and demolition wastes（建筑及拆卸废物）

◆ Mining solid wastes（矿山固体废弃物）

◆ Coal combustion wastes（燃煤废物）

◆ Solid wastes from metallurgical industries（冶金工业产生的固体废物）

◆ Industrial hazardous solid wastes（工业危险固体废物）

◆ Solid wastes from biomass and renewable energy（生物质及新能源固废）

◆ Agriculture solid wastes（农业固体废弃物）

◆ Ecomaterials （生态材料）

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