重金属汞的排放对环境和人体危害巨大,温室气体CO₂的排放又引起全球气候变异,对汞进行排放控制及CO₂的捕集与封存利用十分重要。作为最大的CO₂排放源和汞污染源之一的燃煤电厂急需找到一种高效、安全、经济的脱碳脱汞方法,以解决单质汞的排放及碳捕集与封存造成的能耗高,投资大的问题。目前还没有一种有效的碳汞联合脱除的技术,吸附法具有除汞和脱碳技术的共性,但应用同一种吸附剂进行碳汞联合脱除的技术尚未深入研究。本论文针对燃煤电厂尾部烟气中的CO₂及重金属汞排放特点,选择富含氨基与羟基官能团的天然高分子化合物壳聚糖进行改性,开发一种具有同时脱碳及脱汞性能的新型吸附剂,进行碳汞联合脱除性能与机理研究,以期找到一种高效、安全、经济的脱碳脱汞方法。本文利用溶胶凝胶法系统的制备了不同酸溶解的掺杂碘盐及TiO₂具有光催化性能的系列壳聚糖吸附剂,利用比表面积分析BET、扫描电镜SEM、X射线衍射XRD、红外光谱FT-IR分析表征吸附剂的物理化学特性,对比吸附汞前后的结构变化,优选出适宜于燃煤烟气汞脱除的吸附剂,利用其再生的分子印迹过程,开发出碱液一步高温活化改性法,得到相对高比表面积的壳聚糖高温改性吸附剂,系统的开展对CO₂的脱除性能研究,得到吸附剂高温改性参数。并在纯二氧化碳气流下进行再生性能研究,再生性能好,能耗低。研究表明壳聚糖作为光催化剂TiO₂的载体十分合适,强化了锐钛矿相,加强了纳米TiO₂的光催化特性,有利于单质汞脱除。Br-的存在能够抑制TiO₂晶粒长大,增加吸附剂的比表面积,强化I-除汞作用,增强吸附剂对Hg²⁺的吸附,TiO₂的添加大大促进了吸附汞容量的增大,pH为5-7时有利于汞的吸附,温度为55℃左右时汞吸附容量较大。Hg²⁺在复合吸附剂上的吸附符合非均相的多分子层吸附,表面吸附和粒子内扩散作用均对汞的吸附起重要作用。稀硫酸可以洗脱Hg²⁺使吸附剂再生,再生过程即为分子印迹过程,有利于汞的选择吸收,增大其吸附容量。碱活化高温改性一步法可得到大比表面积多微孔的壳聚糖基碳材料,热解温度在500℃以下可以有效保留有利于汞及二氧化碳吸附的氨基官能团。有利于脱除CO₂反应的最佳吸附剂制备条件为TiO₂含量为10%左右,KOH做为活化剂,N2气氛下程序升温的方式升到500℃保温20min进行热解,TiO₂可加速热解过程。吸附剂吸附CO₂属于物理吸附与化学吸附相结合,50℃为最佳反应温度,常压下20%CO₂体积浓度下最高吸附容量为2.86mmol/g,110℃吸附容量急剧下降,纯二氧化碳气流下吸附再生5次吸附容量几乎不变;红外光谱显示吸附CO₂机理为碱性氨基官能团-NH、-NH₂与CO₂反应生成了氨基甲酸酯或氨基酸铵盐,未清洗去除的残余活化剂促使碳酸盐或碳酸氢盐的形成。选取四种不同烟气气氛下活化的吸附剂CS-Ti-Na-N2,CS-Ti-Na-CO₂,CS-Ti-K-N2,CS-Ti-K-CO₂,在自制的光催化反应床上开展二氧化碳和汞联合脱除性能研究,结合XRD、SEM、BET、FT-IR结构表征手段得出吸附剂CO₂和汞的联合脱除机理,明确了反应活性位;红外光谱分析显示,汞和CO₂在改性壳聚糖吸附剂上被吸附的位置除了3500cm-1附近的O-H伸缩振动峰外各不相同,互不影响。研究表明,紫外照射能促进汞及CO₂的协同脱除。当CO₂和单质汞共存时,阻碍了光生电子-空穴对的复合,并不断消耗电子及空穴,促进了光催化氧化与还原作用的延续,使单质汞和CO₂脱除效率升高。但当单质汞夺取光生电子与吸附在吸附剂表面的氧分子反应,则促进脱汞反应,抑制脱碳反应的进行。H₂O的存在可以促进CO₂和汞的联合脱除反应,KOH做为活化剂比NaOH更有利于CO₂的脱除,紫外光照促进了CO₂的脱除。当CO₂和汞共存时20min最高脱除CO₂容量为29.35mmol/g,远大于热重实验纯碳气流下CO₂的脱除量1.02mmol/g。CS-Ti-K-CO₂比CS-Ti-K-N2对汞的吸附脱除效果更好,对CO₂的吸附脱除由于K2CO₃的存在稍微下降。高温改性后的吸附剂,得到二氧化钛的纳米混晶,提高了可见光催化活性,日光下,CO₂和单质汞共存时,具有较高的脱除CO₂及单质汞的能力,CS-Ti-Na-CO₂在CO₂存在时对汞的脱除效率高达100%,更有利于纯二氧化碳气流中汞的脱除,得到纯净的CO₂,有利于富氧燃烧及化学链燃烧技术中CO₂的纯化利用。总之,无论日光还是紫外光照下,CO₂和汞共存时可以相互促进氧化还原反应的发生,有利于改性壳聚糖吸附剂对二氧化碳和汞的联合脱除。