本文是一篇关于矿物碳化（mineral carbonation）用于碳储存的综述文章，发表在《Separation and Purification Technology》期刊上，作者包括Xiao Lin、Xingyang Li、Hongwen Liu、Grzegorz Boczkaj、Yijun Cao和Chongqing Wang，分别来自中国郑州大学化学工程学院和波兰格但斯克理工大学。文章通过文献计量学分析，总结了2010年至2022年间矿物碳化领域的研究趋势、热点、挑战和未来展望。

研究背景与意义

矿物碳化作为一种碳储存技术，近年来在减少二氧化碳（CO₂）排放方面受到了广泛关注。全球工业的快速发展导致化石燃料的大量消耗，CO₂排放量急剧上升，尤其是中国在2021年的CO₂排放量占全球总量的31%。CO₂作为主要的温室气体，对全球变暖产生了重大影响。为了应对气候变化，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出了将全球平均气温上升控制在1.5-2°C的目标。碳捕集、利用与封存（CCUS）技术被认为是实现低碳可持续发展的重要策略之一。矿物碳化作为CCUS技术的一部分，通过将CO₂与含钙、镁等金属的原料反应生成稳定的碳酸盐，从而实现CO₂的永久封存。

文献计量学分析

文章通过对Web of Science数据库中2010年至2022年间的1507篇相关文献进行文献计量学分析，使用CiteSpace和VOSviewer软件对研究趋势、热点、国家、机构、作者和关键词进行了详细分析。分析结果显示，矿物碳化的研究主要集中在天然矿物、工业废料和水泥基材料上。中国是发表相关文献最多的国家，其次是美国、加拿大和英国。化学工程、环境科学和环境工程是该领域的主要学科类别。

矿物碳化的研究进展

矿物碳化的研究进展主要集中在镁基原料（如天然矿物）和钙基原料（如工业废料和水泥基材料）上。直接水相碳化和间接碳化是目前最有前景的两种方法。天然矿物中的橄榄石、蛇纹石等镁基矿物以及工业废料中的钢渣、粉煤灰等钙基材料被广泛研究用于CO₂封存。然而，原料的缓慢动力学和低碳化能力是工业应用的主要障碍。

矿物碳化的机制与工艺

矿物碳化的反应机制涉及CO₂在水中的溶解、金属离子的释放以及碳酸盐的形成。为了提高碳化效率，研究人员开发了多种工艺，包括直接干法碳化、直接水相碳化和间接水相碳化。间接水相碳化通过选择性提取金属离子，能够获得高碳化效率和高纯度的副产品。此外，研究人员还探索了通过微波辐射、超声波处理等增强碳化过程的方法。

矿物碳化的挑战与前景

尽管矿物碳化在减少CO₂排放方面具有巨大潜力，但其大规模应用仍面临诸多挑战。首先，不同原料的碳化能力差异较大，原料的选择和反应机理的研究仍需深入。其次，碳化过程的成本较高，如何通过优化工艺参数、开发高效反应器以及生产高附加值副产品来降低成本是关键。此外，目前的研究大多基于实验室规模，未来需要更多的中试和连续生产试验来验证技术的可行性。

结论

矿物碳化作为一种有效的CO₂封存技术，近年来得到了快速发展。通过文献计量学分析，文章总结了该领域的研究趋势和热点，指出天然矿物、工业废料和水泥基材料是主要的研究对象。直接水相碳化和间接水相碳化是目前最有前景的碳化方法。未来研究应重点关注不同原料的反应机理、高效工艺的开发以及中试规模的实验验证。矿物碳化技术在废物管理、循环经济和绿色产品市场方面具有广阔的应用前景。

研究亮点

1. 文献计量学分析：通过对1507篇文献的系统分析，揭示了矿物碳化领域的研究趋势和热点。
2. 原料多样性：天然矿物、工业废料和水泥基材料被广泛研究用于CO₂封存，展示了矿物碳化的多样化应用。
3. 工艺创新：直接水相碳化和间接水相碳化是目前最有前景的碳化方法，研究人员还探索了多种增强碳化效率的技术。
4. 挑战与前景：尽管矿物碳化技术具有巨大潜力，但其大规模应用仍面临成本高、反应机理不明确等挑战，未来研究应重点关注工艺优化和中试验证。

研究价值

本文通过系统的文献计量学分析和详细的研究进展总结，为矿物碳化领域的未来研究提供了科学依据和方向。文章不仅总结了当前的研究热点和挑战，还提出了未来的研究重点，为该领域的技术发展和应用推广提供了重要参考。