双碳目标背景下，CCUS（碳捕集、利用与封存）技术是实现工业CO2减排的重要路径。钙循环技术适用于燃煤电厂高温烟气直接捕集CO2，而CaO基吸附剂原料来源广泛、理论吸附容量高，但在反复高温碳酸化‑煅烧过程中极易发生烧结，循环捕集性能快速衰减。传统改性手段基本都需要高纯氧化铝、氧化镁等化学试剂作为抗烧结掺杂组分，提升了材料制备成本；直接开采天然石灰石还会造成生态破坏。与此同时，电石渣、高炉渣等大宗工业固废年产量巨大，大量堆存占用土地，存在环境风险，而固废中富含钙、硅、铝、镁等组分，是制备钙基吸附剂的潜在廉价原料。然而，现有固废基吸附剂仍面临掺杂组分分散不均、高温抗烧结能力有限的难题，并且多数研究仅聚焦CO2捕集环节，较少将捕集得到的高纯度CO2进一步转化制备高值化学品。因此，开发兼顾优异循环捕集性能、低成本，同时可实现CO2捕集‑高值转化一体化的基于工业固废的钙基吸附剂体系，对推动CCUS技术实际应用具有重要意义及应用价值。
近期，南开大学何良年教授课题组在Green Chemical Engineering（GreenChE）上发表了题为“Industrial solid waste‑based sorbents for high‑temperature CO2 capture and conversion”的研究论文，利用电石渣与高炉渣两种大宗工业固废，通过蔗糖辅助溶胶‑凝胶策略制备CaO基吸附剂，并搭建“CO2捕集‑异位催化转化”耦合体系，为工业固废资源化利用与高温碳捕集转化提供新思路。
●“以废治废”：直接选用电石渣作为钙源、高炉渣作为掺杂组分，不额外添加昂贵高纯化学试剂，制备高温CO2吸附剂。
● 蔗糖辅助溶胶-凝胶工艺：利用蔗糖实现高炉渣中惰性组分在CaO基体中均匀分散，优化孔道结构，有效抑制高温烧结，提升吸附剂循环稳定性。
●CO2捕集-转化策略：钙循环释放的高纯度CO2高效转化为碳酸丙烯酯。
南开大学何良年教授课题组以电石渣（CS）为钙源、高炉渣（BFS）为掺杂组分，分别采用湿法混合、蔗糖辅助溶胶‑凝胶两种工艺制备CaO基CO2吸附剂，系统探究制备方法、制备条件（煅烧条件、蔗糖添加量、高炉渣掺杂量）对吸附剂的结构及CO2捕集性能的影响。
图1. SEM-EDX元素映射图：（a）CaO-WM-5；（b）CaO-SG-5-0.73。
SEM‑EDX表征结果（图1）直观揭示制备工艺对微观结构的影响。湿法混合制备样品CaO‑WM‑5颗粒团聚严重，Mg、Al和Si元素分布不均匀，掺杂组分发生局部富集；而蔗糖辅助溶胶‑凝胶得到的最优样品CaO‑SG‑5‑0.73拥有丰富多孔骨架结构，来自高炉渣的Mg、Al和Si惰性组分在CaO基体中实现均匀分散，均匀分布的惰性组分充当物理隔离屏障，能够有效抑制高温循环过程中的颗粒烧结。
图2. 制备方法对吸附剂CO2捕集性能的影响。
图3. 制备条件（煅烧温度、煅烧时间、蔗糖添加量、高炉渣掺杂量）对吸附剂CO2捕集性能的影响。
循环碳捕集测试（图2、图3、图4）表明，溶胶‑凝胶策略显著改善吸附剂的循环稳定性。通过系列参数筛选确定最优吸附剂制备条件为蔗糖与CaO摩尔比0.73:1，高炉渣掺杂量5 wt%，700 ℃煅烧4 h。最优样品CaO‑SG‑5‑0.73初始CO2吸附容量可达0.552 g CO2/g sorbent，CaO转化率为80%；经过10次碳酸化‑煅烧循环之后，仍可以保持92%的初始吸附性能。
图4. 循环捕集过程中煅烧氛围对吸附剂CO2捕集性能的影响。
基于该吸附剂，构建了“CO2捕集-异位转化”策略（图5）。钙循环过程捕集CO2后高温分解释放出高纯度CO2，无需复杂压缩运输步骤，直接作为C1原料用于环加成反应。以氧化石墨烯（GO）与四丁基溴化铵（TBAB）作为共催化剂，CO2与环氧丙烷反应得到碳酸丙烯酯，产物收率可达91%。
图5. CO2捕集-异位转化策略。
该工作利用电石渣与高炉渣两种大宗工业固废制备CaO基吸附剂，借助蔗糖辅助溶胶‑凝胶工艺实现抗烧结惰性组分的均匀分散，获得了循环稳定性优异的吸附材料。利用工业固废促进CO2捕集利用的技术方案，构建CO2捕集‑异位转化耦合体系，将钙循环释放的高纯度CO2催化合成碳酸丙烯酯，实现固废处理、碳捕集与CO2高值转化的结合。该工作对于固废吸附剂的研制、工业高温烟气CO2捕集与资源化利用的实际应用提供了思路。