本發明屬于海水堿化增匯，具體涉及一種促進海洋增匯的人工堿性礦物及其制備方法與應用。

背景技術：

1、海洋是地球上最大的活躍碳庫，其二氧化碳儲存量占地球總儲碳量的93％，規模分別是陸地碳庫和大氣碳庫的20和50倍。因此，海洋增匯和負排放技術近年來受到廣泛關注。海洋增匯和負排放技術的思路主要是基于溶解度泵、生物泵、微型生物碳泵和碳酸鹽泵等機制或其組合發展相應的技術方法，以增加顆粒有機碳、自生碳酸鹽等儲碳物質的產量，使其高效輸出至深海，實現長時間尺度固碳。

2、堿性礦物增匯技術主要使用在海水中添加橄欖石礦物，利用其風化作用和對水體堿度的調節作用，加速水體二氧化碳消耗和碳酸氫根的生成，增加自生碳酸鹽的產量，從而提高海洋固碳能力。

3、堿性礦物溶解增加的堿度可用于修復表層海洋酸化，有利于維持鈣化生物(如具有鈣質外殼的珊瑚)的生長。此外，堿性礦物橄欖石或凹凸棒土的溶解也可生成硅酸，有利于硅藻等初級生產者增長，堿性礦物中含有的微量鐵元素的釋放也常是限制浮游植物生長的營養元素。因此，堿性礦物風化不僅可以通過增加堿度吸收更多co2來增加海洋碳通量，還可以通過硅、鐵釋放促進浮游植物生長，增加表層海水ph值，同時刺激生物泵及微型生物碳泵來增加碳通量和碳封存。

4、值得注意的是，堿性礦物由于比表面積偏小吸收二氧化碳的量是有限，影響儲碳的效率；另一方面受限于環境水溫，堿性礦物與二氧化碳作用力弱，也會對儲碳效率產生影響。因此，提高堿性礦物比表面積和孔容，增加與二氧化碳的作用幾率，是提高碳匯作用有待解決的關鍵問題。

技術實現思路

1、本發明是為了提高海水的儲碳效率和增匯能力而提出的，其目的是提供一種促進海洋增匯人工堿性礦物的制備方法及其應用。

2、本發明是通過以下技術方案實現的：

3、一種促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，包括以下步驟：

4、(ⅰ)采用共沉淀法制備復合氧化物濕濾餅；

5、(ⅱ)將復合氧化物濕濾餅與硅膠混合，經高溫焙燒得到堿性礦物固體顆粒；

6、(ⅲ)粉碎堿性礦物固體顆粒，得到堿性礦物粉末。

7、在上述技術方案中，所述步驟(ⅰ)共沉淀法的具體操作為：首先配制混合金屬鹽溶液；再向混合金屬鹽溶液中加入沉淀劑，加熱、攪拌形成沉淀，保持反應溶液體系ph值在7.0±0.2，再經過老化、過濾、洗滌，得到復合氧化物濕濾餅。

8、在上述技術方案中，所述金屬為mg、ca、ce、la、fe或al中的任意兩種或以上；所述鹽為硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽或草酸鹽中的任意一種或幾種的組合；所述沉淀劑為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任意一種。

9、在上述技術方案中，所述混合金屬鹽溶液中金屬離子的濃度為0.02mol/l～2.0mol/l；所述沉淀劑在混合金屬鹽溶液中的濃度為0.5mol/l～2.5mol/l。

10、在上述技術方案中，所述共沉淀反應時間為0.5h～2h，溫度為60℃～120℃；老化溫度為60℃～120℃，老化時間為4h～12h。

11、在上述技術方案中，所述步驟(ⅱ)的硅膠比表面積為300m2/g～550m2/g，孔容為1.0cm3/g～1.5cm3/g，孔徑為15nm～20nm；所述復合氧化物濕濾餅與硅膠的質量比為9：1～5：5。

12、在上述技術方案中，所述步驟(ⅱ)的高溫焙燒的溫度為800～1200℃，高溫焙燒的時長為4h～6h。

13、在上述技術方案中，所述步驟(ⅲ)的堿性礦物粉末的平均粒徑為20μm～50μm。

14、一種促進海洋增匯的人工堿性礦物，通過前述方法制備。

15、一種促進海洋增匯的人工堿性礦物在海水圍隔儲碳增匯中的應用，所述儲碳增匯的具體方法為：將堿性礦物粉末在海水圍隔中進行人為投加。

16、在上述技術方案中，所述堿性礦物粉末的投加量的計算公式為：

17、m＝η×(a×h)/τ

18、式中：m為堿性礦物粉末投加量，單位為kg；η為投料質量比，無量綱，η＝0.03％～3％；τ為海水停留時間，單位為h；a為圍隔海域面積，單位為m2；h為平均水深，單位為m。

19、一種促進海洋增匯的人工堿性礦物在海水圍隔儲碳增匯能力評價中的應用，所述儲碳增匯能力評價的具體方法為：將堿性礦物粉末在海水圍隔中進行人為投加，對增匯實施海域進行評價參數的測定，評估增匯能力。

20、在上述技術方案中，所述評價參數包括圍隔海水酸堿度(ph)、二氧化碳分壓(pco2)、無機營養鹽濃度和有機碳總和。

21、本發明的有益效果是：

22、本發明提供了一種促進海洋增匯的人工堿性礦物及其制備方法與應用，方法步驟簡單，原料易得，將海洋碳匯與二氧化碳礦化技術相結合，提高固碳速率，增加碳匯能力。本發明通過共沉淀的方法制備一種富含堿土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、鐵氧化物、氧化鋁或氧化硅的人工堿性礦物，成本低廉，將人工堿性礦物破碎，投加到海水中能加速二氧化碳的吸收，弱堿性的材料不但能夠緩解海洋酸化，不影響海洋生態環境，還能夠促進海水中溶解度泵、生物碳泵、微生物碳泵和碳酸鹽泵四種機制的協同作用，從而提高海水的儲碳效率和碳匯能力，提高增匯量，實現海洋二氧化碳增匯。

技術特征：

1.一種促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述步驟(ⅰ)共沉淀法的具體操作為：首先配制混合金屬鹽溶液；再向混合金屬鹽溶液中加入沉淀劑，加熱、攪拌進行共沉淀反應，保持反應溶液體系ph值在7.0±0.2，再經過老化、過濾、洗滌，得到復合氧化物濕濾餅。

3.根據權利要求2所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述金屬為mg、ca、ce、la、fe或al中的任意兩種或以上；所述鹽為硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽或草酸鹽中的任意一種或幾種的組合；所述沉淀劑為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銨、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的任意一種。

4.根據權利要求2所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述混合金屬鹽溶液中金屬離子的濃度為0.02mol/l～2.0mol/l；所述沉淀劑濃度為0.5mol/l～2.5mol/l。

5.根據權利要求2所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述共沉淀反應時間為0.5h～2h；老化溫度為60℃～120℃，老化時間為4h～12h。

6.根據權利要求1所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述步驟(ⅱ)的硅膠比表面積為300m2/g～550m2/g，孔容為1.0cm3/g～1.5cm3/g，孔徑為15nm～20nm；所述復合氧化物濕濾餅與硅膠的質量比為9：1～5：5；

7.根據權利要求1所述的促進海洋增匯的人工堿性礦物的制備方法，其特征在于：所述步驟(ⅲ)的堿性礦物粉末的平均粒徑為20μm～50μm。

8.一種促進海洋增匯的人工堿性礦物，其特征在于：通過權利要求1～7之一所述方法制備。

9.一種權利要求1～7之一所述方法制備的促進海洋增匯的人工堿性礦物在海水圍隔儲碳增匯中的應用，其特征在于：所述儲碳增匯的具體方法為：將堿性礦物粉末在海水圍隔中進行人為投加；所述堿性礦物粉末的投加量的計算公式為：

10.一種權利要求1～7之一所述方法制備的促進海洋增匯的人工堿性礦物在海水圍隔儲碳增匯能力評價中的應用，其特征在于：所述儲碳增匯能力評價的具體方法為：將堿性礦物粉末在海水圍隔中進行人為投加，對增匯實施海域進行評價參數的測定，評估增匯能力；所述評價參數包括圍隔海水酸堿度、二氧化碳分壓、無機營養鹽濃度和有機碳總和。

技術總結
本發明公開了一種促進海洋增匯的人工堿性礦物及其制備方法與應用，首先采用共沉淀法制備復合氧化物濕濾餅，再將復合氧化物濕濾餅與硅膠混合，經高溫焙燒得到堿性礦物固體顆粒；最后粉碎堿性礦物固體顆粒，即得人工堿性礦物粉末。本發明制備的高比表面積、大孔容堿性礦物，增加與CO2作用機會，從而提高生物泵的儲碳效率，實現海洋二氧化碳增匯。

技術研發人員：周微,劉開元,李濱,洪魯偉,米珍睿,夏繼平
受保護的技術使用者：中海油天津化工研究設計院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28