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二氧化碳(CO2)减排、捕集是全球的研究焦点。正硅酸锂(Li4SiO4)作为高温CO2吸附剂，具有吸附容量大、吸脱附循环稳定性好、以及脱附再生温度低(700-800℃)等优点。然而，低浓度CO2的捕集对吸附剂的开发提出了新挑战。研究发现，由于受到化学反应热力学的限制，Li4SiO4吸附剂在10 vol％ CO2气氛下的吸附能力降低为最大吸附量的20％(Li4SiO4在700℃、100 vol％ CO2可达到最大吸附量8.3 mmol CO2/g sorbent)。本研究通过分析发现，为了提高Li4SiO4吸附剂在低CO2浓度气氛下的吸附能力，需要从两个方面展开研究:一是强化CO2在吸附剂中的扩散能力;二是优化Li4SiO4吸附剂的微观结构。由此，本研究展开了以下的系列研究:首先，研制了在低CO2浓度气氛中具有强吸附能力的钾-锂复合型硅酸盐类CO2吸附剂(K-doped Li4SiO4);对K-dopedLi4SiO4吸附剂进行深入探讨，提出了核-壳结构模型完整地阐释了大颗粒状K-dopedLi4SiO4吸附剂的自活化机理;进一步对K-doped Li4SiO4进行酸处理微观结构改进，可优化其在其非稳态双循环流化床模拟条件下的吸脱附循环稳定能力;最后，借助于AspenHysys计算软件，首先提出了适用于锂基吸附剂的变温-变压操作过程的新理念。利用该变温-变压工艺条件对K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂的CO2吸附-脱附过程的理论能量利用率约为90％。 本研究主要内容包括：⑴开发了在低浓度CO2气氛下具有强吸附能力的钾-锂复合型硅酸盐类(K-dopedLi4SiO4)吸附剂。本研究依据熔融物理论，通过掺杂K2CO3对Li4SiO4吸附剂进行吸附性能强化研究。结果发现，掺杂K2CO3可以强化Li4SiO4吸附剂的CO2吸附能力，且其强化能力在低CO2浓度氛围中更为明显。进一步分析得到K-doped Li4SiO4吸附剂的最优制备方法。利用最优制备方法得到的K-doped Li4SiO4吸附剂，可以保证其样品中低融点共融物KLi(CO3)最大量存在的同时，吸附剂中不含有Li2SiO3副产物。该最优吸附剂在575℃、10 vol％ CO2气氛中的CO2吸附能力可达到Li4SiO4吸附剂最大吸附量的60％，是未改性Li4SiO4吸附剂吸附能力的3倍。进一步探讨发现，水蒸气对K-doped Li4SiO4的CO2吸附能力具有促进作用。⑵发现并提出了核-壳结构(pore-core model)模型揭示了大颗粒K-doped Li4SiO4吸附剂的自活化机理。K-doped Li4SiO4吸附剂在CO2吸脱附循环过程中，CO2的扩散作用使吸附剂外部熔融层发生扩孔现象。大孔径的生成为CO2的扩散提供了便利通道，进而强化了K-doped Li4SiO4吸附剂的CO2穿透行为。在自活化能力的推动下，K-doped Li4SiO4吸附剂的CO2吸附能力在CO2吸脱附循环过程中表现出先升高后稳定的趋势，具体表现为(a) K-doped Li4SiO4吸附剂的预穿透时间从30min延长至200 min;(b)预穿透过程吸附剂吸附容量从0.59 mmol CO2/g sorbent增加至4.04 mmol CO2/g sorbent;(c)吸附平衡时吸附剂吸附容量从2.01 mmol CO2/g sorbent增加至5.01 mmol CO2/g sorbent;(d)吸附剂可利用效率从29.3％增长至80％。自活化机理的发现为吸附剂吸附能力强化的研究提供了新思路。⑶提出了将微观结构优化法与熔融改性法相结合，制备得到了K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂。该吸附剂在非稳态双循环流化床模拟条件下表现出良好的吸脱附循环稳定性。XRD表征分析首次发现了K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂中KLi3SiO4物相的存在，即K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂为KLi3SiO4-Li4SiO4两种物相的混合物。KLi3SiO4物相的生成使K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂在较低温度范围(400-500℃)具有较高的CO2吸附能力(75 cm3 CO2/g sorbent)。利用程序升温CO2吸脱附测试方法对K-doped HAc-Li4SiO4考评分析发现:(a)该吸附剂在非稳态变温条件下(升温速率:5℃/min)吸附容量为100 cm3 CO2/g sorbent，约为未改性Li4SiO4吸附剂的5倍;(b) KLi3SiO4的存在使该吸附剂在400-500℃的低温吸附区间吸附容量为75 cm3 CO2/g sorbent，而Li4SiO4吸附剂在相应温度区间内不具备CO2吸附活性;(c)该吸附剂具有良好的吸脱附循环稳定性，经过十个CO2吸脱附循环后，K-doped HAc-Li4SiO4的吸附能力下降了5％，Li4SiO4的吸附能力下降了60％。⑷借助Aspen Hysys模拟软件对K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂作为低CO2浓度气氛下(以实际天然气发电过程烟道气条件为模拟条件)CO2捕集材料过程进行模拟分析，提出了适用于该吸附剂的变温-变压操作工艺条件，并对其操作过程进行了理论设计。Aspen Hysys模拟结果发现，为了使天然气发电过程烟道气中CO2回收率达到95％，且一步得到高纯度CO2气体(95 vol％)，K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂需在变温-变压操作条件下进行:吸附过程操作条件为500℃、1.83 atm;脱附过程操作条件为690℃、0.76atm。K-doped HAc-Li4SiO4吸附剂由于吸附容量大、吸脱附循环稳定性好，是一种具有良好应用前景的CO2捕集材料。