隨著世界經濟的快速增長和人口增加，全球鋼鐵產量大幅增加（Li等人，2022年；Said等人，2016年）。然而，作為鋼鐵生產副產品的鋼渣大量產生，已成為日益嚴重的環境問題。據美國地質調查局（U.S. Geological Survey）發布的《礦物商品概要》（2024年）估計，2023年全球鋼渣產量預計在1.9億至2.9億噸之間。鋼鐵生產涉及對鐵礦石進行一系列連續處理過程（Gao等人，2023年；Yang等人，2014年）。在初始階段，通過向高溫（≥1500°C）下運行的高爐中加入焦炭和石灰石來生產生鐵（Bailera等人，2021年；Shu和Sasaki，2022年）。由于生鐵含有較高比例的碳（約4%）以及其他雜質（如鈣、硅、錳、硫和磷），因此需要在后續的轉爐中去除這些雜質以生產更高純度的鋼鐵。轉爐在氧氣流的作用下運行，通過熱化學反應將雜質以氧化產物的形式去除（Stewart和Barron，2020年）。由此產生的氧化雜質流被稱為轉爐渣（CS）。在鋼鐵行業中，對CS進行適當和可持續的管理至關重要（Mombelli等人，2024年；Stefanini等人，2024年），因為目前大部分CS都被填埋處理（Wang等人，2013b年；Zhang等人，2024年）。

由于CS結構復雜且成分多樣，其可持續回收方法尚未完全開發（Alex等人，2021年；Kim等人，2021年）�？紤]到鋼鐵生產過程中使用石灰石作為原料，CS中含有大量鈣（Zhang等人，2024年）。因此，CS可能含有在轉爐氧化過程中形成的氧化鈣（CaO），后者可以通過化學反應（CaO + CO₂ → CaCO₃）捕獲溫室氣體（Monshi和Asgarani，1999年；Samanta等人，2023年）。然而，CO₂在CaO上的吸附僅在高溫（≥450°C）下自發發生，且人工促進CS對CO₂的吸附成本高昂且能耗大。盡管如此，當CO₂吸收集成到高溫設施中時，CS可以作為一種有前景的CO₂吸附材料。

焚燒設施通過過量空氣燃燒固體廢物，產生的廢氣主要成分是CO₂。大多數國家都有限制空氣污染物排放的法規；但目前尚無針對CO₂排放的類似法規（Lee等人，2018年）。通常，每燃燒一噸固體廢物，焚燒爐會產生0.7–1.2噸CO₂（Biava等人，2024年；Kwon等人，2023年）。因此，廢氣中的CO₂被釋放到大氣中，導致大氣中CO₂濃度升高，加劇全球變暖（Hanifa等人，2023年；Soo等人，2024年）。因此，焚燒并不被視為一種可持續的廢物管理方法。焚燒廢氣的溫度通常在850至1100°C之間（Wienchol等人，2020年；Zakaria等人，2021年）。當廢氣通過連接的鍋爐、熱交換器和其他空氣污染控制（APC）單元時，其溫度會逐漸降至約900至100°C后再排放到大氣中（Wienchol等人，2020年；Zakaria等人，2021年）。這些溫度范圍適合通過化學反應在CS上吸附CO₂，也適合物理吸附CO₂（Duan等人，2024年；Samanta等人，2023年）。因此，利用CS捕獲焚燒爐產生的高溫CO₂可以在實際應用中減少CO₂排放。

鋼渣中的礦物相（例如自由CaO、MgO、水硬性鈣硅酸鹽等）在水中會發生水化反應，形成金屬氫氧化物（Stewart等人，2018年）。當鋼渣用作建筑材料中的骨料時，水化反應產生的金屬氫氧化物會導致鋼渣和建筑材料的膨脹，降低其機械和化學穩定性（Sim等人，2025年）。此外，來自鋼渣和含鋼渣材料的強堿性浸出液也可能釋放出來（Stewart等人，2018年）。最近，鋼渣的碳化被提出作為一種防止礦物相水化的方法。碳化被認為可以通過引入CO₂作為碳源來最終提高鋼渣和建筑材料的機械和化學穩定性。以往的研究主要集中在（1）了解CO₂與鋼渣/建筑材料之間的相互作用（Zhang等人，2025年），（2）大氣中的CO₂在鋼渣和建筑材料上的固定（Wang等人，2021年），以及（3）碳化鋼渣和建筑材料的機械和化學穩定性（Wang等人，2013a年）。人們對使用鋼渣進行CO₂固定的興趣日益增加。然而，據我們所知，尚未研究來自化學或焚燒廠的高溫CO₂氣體在轉爐渣上的固定作用。

基于這些理由，本研究探討了在高溫下使用CS作為CO₂吸附材料的可行性，以焚燒爐的廢氣作為CO₂來源。此外，還研究了吸附了CO₂的CS（CCS）作為生產建筑材料（即鋪路塊）骨料的潛在應用，以促進CCS的可持續回收，而不是在CO₂吸附后將其填埋。在代表不同焚燒爐條件的廣泛廢氣溫度范圍內進行了CO₂吸收實驗，以確定CO₂吸附能力。在吸附測試之前，分析了CS的元素組成和結構。隨后，將CCS作為骨料用于制造鋪路塊，并將其機械強度與使用碎石骨料制造的傳統鋪路塊進行了比較。還評估了含有CS和CCS的鋪路塊的經濟可行性以及CO₂減排的效果。最后，通過與其他在低溫下運行的CO₂吸附劑的適用性進行比較，討論了CS作為高溫范圍內CO₂吸附材料的優勢。本研究全面探討了CS作為CO₂吸附材料和制造鋪路塊骨料的潛力，及其經濟和環境效益，以及在實際應用中的優勢。含有CCS的鋪路塊可以提供一種可持續、更環保的解決方案，減少CO₂排放，同時降低建筑金屬生產中的砂石消耗。

在評估CS的CO₂捕獲能力之前，使用多種分析技術（包括XRF、ICP-OES、UA和XRD）進行了全面表征。圖3比較了XRF（a-1）和ICP-OES/UA（a-2）得到的成分結果。根據XRF結果（圖3(a)），鈣（Ca，27.1 wt%）和鐵（Fe，16.7 wt%）是CS中的主要無機元素，同時還含有大量的硅（Si）、鎂（Mg）、鋁（Al）和錳（Mn）。

樸博妍：資源獲取、調查、數據分析。崔成元：資源獲取、方法論、數據分析。南亨碩：資源獲取、概念構思。洪健泰：撰寫-審稿與編輯、資源獲取、方法論、調查、概念構思。鄭成燁：撰寫-審稿與編輯、初稿撰寫、監督、方法論、資金獲取、數據分析、概念構思。

作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。

本研究得到了韓國國家研究基金會（NRF）的資助，該基金會由韓國政府（MSIT）提供資金支持（項目編號：RS-2023-00219667）。