CO₂吸附强化甲烷水蒸气（CH₄-H₂O）重整工艺是提供低成本制高纯氢气和实现CO₂减排的方法,该方法通过将CO₂吸附剂与催化剂混合,原位移除重整反应和水汽变换反应产生的CO₂,使反应平衡发生移动。与传统甲烷水蒸气重整工艺相比,相同CH₄转化率时所需的反应温度可由750-900°C降低至500-650°C;同时将反应与分离过程耦合,简化了生产工艺。在吸附强化CH₄-H₂O重整反应中,吸附剂移除CO₂的量和移除速率直接决定重整反应强化到什么程度,关系到H₂的产率和纯度。可见,如何获得高效CO₂吸附剂是决定制氢效率的关键因素之一。氧化钙（CaO）吸附剂由于在高温条件下理论吸附容量高（17.86mmol CO₂/g CaO）、钙源来源广泛被认为是一种可用于吸附强化反应的有效吸附剂,但仍存在产物CaCO₃堵塞吸附剂孔隙结构和循环使用过程中因高温往复过程使CaO晶粒烧结,导致吸附容量迅速降低的问题。因此,为了提高吸附强化CH₄-H₂O重整制氢工艺中的“短板”,推进创新型吸附强化CH₄-H₂O重整制氢工艺的进步与工业应用,开发具有高CO₂吸附容量及强循环吸附稳定性的CaO基吸附剂迫在眉睫。针对上述问题,本文建立在对CaO基吸附剂吸附CO₂反应的本质-气固非催化反应特点深刻的认识,及对影响吸附剂吸附容量的关键因素深入分析的基础上,从抑制CaO晶粒烧结出发,通过添加高熔点的金属元素对CaO吸附剂进行掺杂改性,研究CaO基CO₂吸附剂结构对其抗烧结性能的影响,以期达到提高吸附剂循环稳定性的目标。首先选用不同高熔点金属M（Al/Zr/Ce）对CaO吸附剂进行掺杂改性,比较了不同金属抑制CaO基CO₂吸附剂烧结的能力;其次对其中吸附容量最高的Ce改性吸附剂进行了深入研究,主要考察了不同CeO₂添加比例对吸附性能的影响,揭示了CeO₂添加对吸附性能提高的作用机制;最后将CaO基吸附剂应用于吸附强化CH₄-H₂O重整反应考察了实际制氢效果。本文具体研究内容与结论如下:（1）使用改进的溶胶凝胶法制备了掺杂不同金属M（Al/Zr/Ce）的CaO基吸附剂（Ca/M摩尔比3）,结果表明,掺杂Zr的吸附剂表现出最优的循环稳定性,在25次循环中实验后,吸附容量由初始的4.33 mmol CO₂/g sorbents仅下降为4.26 mmol CO₂/g sorbents（理论吸附容量为6.24 mmol CO₂/g sorbents）,吸附容量保持率达到了98%以上,这是因为掺杂Zr的吸附剂在高温下生成的CaZrO₃具有高塔曼温度且在经历高温往复过程中体积膨胀率小,为CO₂向吸附剂颗粒内的扩散提供了一定的孔隙。掺杂Al的吸附剂吸附容量为5.43 mmol CO₂/g sorbents,高于实验室前期结果（4.65 mmol CO₂/g sorbents）,这主要是因为制备过程中选取的焙烧温度不同,导致了添加Al后形成了非晶态的Al₂O₃而非Ca₃Al₂O₆,阻碍了CaO晶粒的烧结,强化了CO₂传质。（2）掺杂Ce的吸附剂表现出最优的循环吸附容量,初次吸附容量为7.18 mmol CO₂/g sorbents（理论吸附容量为8.82 mmol CO₂/g sorbents）。无论是化学反应控制阶段还是扩散控制阶段,都与CeO₂的含量密切相关,在吸附反应控制阶段,Ca/Ce摩尔比为15和30的吸附剂化学反应控制阶段的时间变长,从而使得吸附剂的吸附容量有所增大。在扩散反应控制阶段,可以发现,随着Ca/Ce摩尔比的增大,碳酸化速率随之增大。通过对掺杂Ce吸附剂进行表征分析和动力学实验,揭示了CeO₂的添加对CO₂吸附性能提高的根本原因。CeO₂的添加可以降低反应的活化能,促进吸附剂中活性组分CaO与CO₂的反应。（3）综合考虑制氢效果与能耗选择在1atm、600°C、水碳比为4的条件下采用共沉淀法制备的复合吸附剂进行吸附强化甲烷水蒸气制氢实验。在CO₂吸附强化甲烷水蒸气重整反应中可一步获得高浓度H₂（>98%）,CH₄转化率达到98%左右,而相同反应条件下传统的CH₄-H₂O重整的理论H₂浓度仅为75.9%,CH₄转化率为85.4%。