氢气作为一种高效、清洁的理想能源,在能源、冶金、化工等领域具有重要价值。基于吸附强化的天然气重整以及生物质气化过程可以实现氢气的大规模低成本生产,而CO2原位吸附是该技术的关键过程之一。作为一种高效的CO2吸附材料,正硅酸锂可以原位吸附二氧化碳强化重整反应,进而大大提高氢气产率和纯度。但是,正硅酸锂基CO2吸附技术的发展仍面临着两个挑战。一方面,CO2吸脱附过程的实现依赖于循环流化床反应体系,这就要求正硅酸锂吸附剂以颗粒形态存在且具有较好的耐磨损性能,以减少粉体吸附剂发生淘析而带来的跑剂损失;另一方面,重整反应过程中存在的气相杂质特别是硫化氢,会对CO2吸脱附过程产生潜在影响,但是相关的影响特性与作用机制并不明确。在此背景下,本文开展了大量实验工作和表征分析,旨在构建具有良好吸附性能且耐磨损的正硅酸锂吸附颗粒,并弄清气相杂质硫化氢对正硅酸锂吸附二氧化碳过程的影响规律及作用机制。本文首先选取不同硅源前驱体通过固相法合成了多种粉体正硅酸锂吸附剂,通过系统的循环吸脱附测试筛选出了性能优异的粉体吸附剂并得到了相应吸附剂的最佳吸脱附条件;进一步基于挤出-滚圆技术,通过负载造孔助剂聚乙烯成功制备了具有优良吸附性能与机械性能的正硅酸锂吸附剂颗粒。结果表明,使用气相二氧化硅作为硅源前驱体合成的正硅酸锂吸附剂F-powder的最佳吸附温度为625℃,在15 vol.%CO2下具有0.31 g-CO2/g-吸附剂的优异吸附能力,达到了理论吸附最大值的81.7%,并在测试的20个吸脱附循环中表现出了良好的循环稳定性;此外,20 wt.%是造孔助剂聚乙烯的最佳负载比例,改性后的吸附颗粒可以达到0.31g-CO2/g-吸附剂的CO2吸附量,并在40个循环测试中保持良好的稳定性;同时,吸附颗粒的抗压强度达到27.5 Mpa,且10小时流化态磨损率仅为0.06 wt.%/h。值得一提的是,颗粒的磨损随着循环时间的增加而不断减缓,这对于吸附剂的高效循环利用是极为有利的。其次,本文针对重整反应中气相杂质的潜在影响进行了研究,首次报道了H2S浓度和吸附反应温度对于正硅酸锂吸附CO2过程的影响特性,并结合一系列表征测试进行深入分析,得到了H2S杂质影响正硅酸锂吸附CO2的作用机理。结果表明,高浓度H2S对于正硅酸锂的CO2吸附过程具有较为严重的负面影响,在500ppm浓度H2S的条件下,20个循环后吸附剂的吸附容量快速降低至0.089 g-CO2/g-吸附剂,当H2S浓度达到4000 ppm,吸附量急剧降低至仅0.007 g-CO2/g-吸附剂,下降的幅度超过了97%;研究还发现,H2S的作用机理受吸附反应温度影响很大,不同吸附反应温度下具有不同的作用机理,在325～475℃范围内,Li4SiO4会与H2S反应生成Li2S以及少量硫酸盐;在625～775℃范围内,掺K的Li4SiO4与H2S发生反应生成KLiSO4并覆盖在吸附剂表面,大大增加了CO2与内部Li4SiO4之间的接触阻力,从而导致吸附剂的CO2吸附性能迅速下降;当温度达到925℃及以上时,Li4SiO4会发生严重的烧结,导致吸附剂的微观孔隙结构发生重大改变,造成Li4SiO4吸附剂的CO2吸附能力急剧下降。本文所做工作丰富了正硅酸锂基CO2吸附剂颗粒成型研究并拓展了气相杂质对正硅酸锂吸附CO2过程的影响,在一定程度上为工业化正硅酸锂基吸附材料的运用提供了参考依据。