カルシウムカーバイドスラグの炭素固定への応用研究は主にマクロなレベルで行われており、ミクロな視点でカルシウムカーバイドスラグの炭素固定メカニズムを明らかにする研究は少ない。カルシウムカーバイドスラグ中の様々な不純物がCO₂吸着活性に有害かどうかはまだ明らかでない。これに対し、X線回折装置を用いて焼成前後のカルシウムカーバイドスラグの相成分を分析し、密度汎関数理論を用いて最も安定した低指数晶面CaO-CaO(0 0 1)、CaO-Fe_2O₃(0 0 1)、CaO-Al_2O₃(1 1 1)、CaO-MgO(1 0 0)、CaO-SiO₂(00 1)を構築し、各種不純物支持面およびドーパント支持面でのCaOクラスターの吸着性能および各支持面のCaOによるCO2分子の吸着性能をシミュレーションし、各吸着系の吸着エネルギー、電子移動、状態密度、差分電荷密度などを解析した。結果は、SiO₂が吸着過程に明らかな影響を与えないことを示し、4種類の異なる支持表面はいずれもカルシウムカーバイドスラグの耐焼結性能を向上させ、作用の強さはAl_2O₃>Fe_2O₃>MgO>CaOの順であり、Al_2O₃支持表面の吸着エネルギーは–8.82 eVで、Fe_2O₃、MgO、CaO支持表面のそれぞれ1.24倍、2.45倍、3.69倍であった。各支持面のCaOによるCO₂吸着能力はほぼ同等であり、CaO、Fe_2O_3、Al_2O_3、MgO支持表面のCaOクラスターのCO₂に対する電子移動量はそれぞれ0.67、0.68、0.71、0.66 eであった。不純物の存在はCaO基材料としてのカルシウムカーバイドスラグの耐焼結性能を効果的に高めるが、CO₂吸着促進への効果は明らかではなかった。純粋なCaO支持表面と比較して、ドーパント支持表面のCaOはCO₂吸着能力が強く、吸着エネルギーおよび電子移動量はそれぞれ–4.92 eV、0.71 eであった。

密度汎関数理論;カルシウムカーバイドスラグ;CO_2吸着;耐焼結性能;産業固形廃棄物