Hydratoitujen magnesiumkarbonaattien tutkimus kehittyneillä synkrotronisäteilyherätteisillä röntgenmenetelmillä täydennettynä Raman-spektroskopialla

Hiilidioksidipäästöt ovat maailmanlaajuisesti merkittävä huolenaihe, ja sementtiteollisuus on yksi niiden suurimmista aiheuttajista. Erityisesti Portland-sementti on keskeinen päästöjen lähde. Tässä väitöstyössä keskityttiin karakterisoimaan hydratoituneita magnesiumkarbonaattisementtejä (HMC), jotka pystyvät sitomaan hiilidioksidia ja varastoimaan sitä pysyvästi. Työssä tutkitut HMC:t muodostuvat magnesiumhydroksidin (mineraalin nimi: brusiiitti) ja natriumbikarbonaatin välisessä reaktiossa vesiliuoksessa. Magnesiumasetaattia (MgAc) käytettiin erikseen ligandin roolissa sen selvittämiseksi, miten erilaiset vesipohjaiset liuokset vaikuttavat HMC:iden muodostumiseen ja muuntumiseen. Reaktiotuotteet karakterisoitiin synkrotroniröntgensäteilyyn perustuvalla spektromikroskopialla (STXM-XANES), synkrotroniröntgendiffraktiolla (SXRD) sekä laboratoriopohjaisella Raman-spektroskopialla. Tulokset osoittivat useiden hydratoitunoiden magnesiumkarbonaattien, kuten nesquehoniitin ja dypingiitin, muodostumisen. Ilman magnesiumasetaattia nesquehoniitti muuntui eiteliitiksi, kun taas magnesiumasetaatin läsnä ollessa se muuntui asetaattia sisältäväksi giorgiosiitiksi (ACG). ACG on suhteellisen uusi HMC, jossa magnesiumasetaatti on osana kiderakennetta. Magnesiumasetaatin puuttuessa osa brusiiitista jäi reagoimatta vielä 28 vuorokauden jälkeen, kun taas magnesiumasetaatin läsnä ollessa brusiiitti reagoi kokonaan. STXM-XANES-tutkimus osoittaa, kuinka röntgensäteilyn polarisaatio vaikuttaa XANES-spektrien muotoon, kun taas SXRD mahdollistaa ACG:n varhaisen saostumisen tunnistamisen jo yhden vuorokauden reaktioajan jälkeen. Kokonaisuudessaan tämä työ edistää hiilinegatiivisten HMC-sementtien kehittämistä ja avaa uusia mahdollisuuksia kestävämpien rakennusmateriaalien kehitykselle.