日益严重的温室效应导致气候异常,引起了全世界的广泛关注;而燃煤电厂烟气排放的CO2是导致温室效应日益严重的重要原因。因此,如何有效的从烟气中捕集CO2,减少人为CO2排放,对于缓解全球气候变化具有重要意义。其中胺功能化的CO2吸附剂兼具化学吸附的高选择性、高吸附量及物理吸附的低能耗优点,在烟气CO2捕集领域展现出广阔的应用前景。为实现CO2的高效捕集,人们已经开发了各类优异的胺基功能化吸附剂,但在吸附剂制备过程中仍存在有机胺易团聚、吸附效率低、载体制备过程复杂等问题。因此,本论文以减少有机胺团聚、提高有机胺在载体内的分散和简化载体制备为主线,通过分析优化CO2吸附工艺条件和优化载体结构,研究胺基功能化吸附剂载体结构与吸附性能之间的构效关系,促进活性组分在孔内分散。开发了具有高吸附性能的CO2吸附用新型胺功能化吸附材料,并初步探讨了 TEPA功能化吸附剂的吸附反应机理及吸附动力学,得到的主要结论如下:1、通过对胺种类、胺负载量、吸附温度、气体流速等工艺条件对吸附行为影响的探究,发现负载小分子有机胺(MEA、DEA、DETA)的多孔硅吸附剂由于热稳定性较差,在吸脱附过程中活性组分减少明显导致其吸附量较低,而负载TEPA和PEI的多孔硅吸附剂具有较好的热稳定性和CO2吸附量。当TEPA负载量为60 wt.%时,75℃下吸附剂具有最大5.01 mmol/g的吸附量。发现胺的种类、负载量以及吸附温度是影响胺功能化吸附剂吸附性能的重要因素,而气体流量对吸附量影响不明显。并发现失活模型能较好的模拟上述不同吸附条件下的CO2穿透过程。2、以具有常规介孔结构的SBA-15、MCM-4和具有不同尺寸孔的HPS、3dd多孔硅为载体,制备了系列具有不同孔结构的胺功能化吸附剂。通过对比和关联不同吸附剂载体结构与吸附性能的关系,发现载体的比表面积不是控制固体胺吸附剂吸附性能的主要因素,而载体的孔体积和孔径均对吸附剂的CO2吸附性能的提升起到至关重要的作用。载体中较大的孔体积可以促进活性组分分散;较大的介孔结构既可以为活性组分进入介孔提供通道,又可以在吸附剂内为CO2提供扩散通道。因此,3dd和HPS吸附剂吸附量明显优于SBA-15和MCM-41相应吸附剂,并且与单一介孔吸附剂相比,具有较大孔容和多级孔结构的HPS-TEPA60%和3dd-TEPA60%吸附剂具有更快的吸附速率和吸附动力学,表明载体的较大孔容和多级孔结构可发挥载体内不同尺寸分布孔对活性组分分散和气体扩散的双重优势。同时发现均匀分散的活性组分有利于释放吸附的CO2,使得吸附剂升温脱附更易进行,进而在提高CO2再生率的同时改善其循环稳定性。3、通过SBA-15和多孔硅(HPS)物理碾磨混合得到了孔径集中分布在2.6、6.1和23 nm的多级介孔结构的复合载体,复合载体的多级介孔结构可使得TEPA在吸附剂内分散更加均匀,保留更多的残余孔为CO2扩散提供通道,进而发挥了不同尺寸分布孔对活性组分分散和CO2气体扩散的双重优势。当SBA-15和HPS的质量比为1:2时,负载50 wt.%的TEPA,在75℃下吸附剂具有5.05 mmol/g的最优吸附量,与TEPA改性的SBA-15和HPS吸附剂相比,CO2吸附量显著提高。烟气中的水汽可以显著提高CO2吸附性能,当烟气相对湿度为60%RH时,S2HPS-TEPA50%的CO2吸附量提高16%。In situ DRIFT表明CO2在活性位上的吸附过程遵循两性离子机理,即在干燥条件下,CO2与吸附剂内的伯胺或仲胺形成两性离子中间产物,然后两性离子中间产物去质子化最终生成质子化产物和氨基甲酸盐。4、通过引入均三甲苯(TMB)扩孔剂,合成了具有不同孔容和窗口尺寸的泡沫硅材料(MCF)。随着均三甲苯质量的增加,MCF材料的孔容和窗口尺寸均增大。当TMB/P123比为0.8,在负载60 wt.%的TEPA时,在75℃、15 vol.%CO2 下,MCF-0.8-TEPA60%具有 4.75 mmol/g 的最佳吸附量。较大的孔体积和窗口尺寸促进TEPA在泡沫孔内均匀分散,有利于CO2吸附捕集。Insuit DRIFT和DSC结果表明,吸附温度影响吸附剂活性组分分散,在较高温度下吸附剂会暴露出更多的吸附位点,促进CO2吸附。发现烟气中酸性杂质气体可造成吸附剂的不可逆性失活,进而导致吸附剂吸附再生性能下降。5、基于简化载体合成方法和降低制备成本的考虑,采用间隔自组装溶胶凝胶法制备了具有大孔容(2.44 cm3/g)和双介孔结构(8.84和24.93 nm)的多级孔二氧化硅(HMS),在简化载体制备的同时进一步改善了 TEPA在吸附剂内的分散,显著提高了 CO2吸附性能。在75℃和15 vol.%CO2的条件下,当HMS载体负载70 wt.%的TEPA时,CO2吸附量高达5.82 mmol/g。此外,4.89 mmol/g的穿透吸附量占其饱和吸附量的84%,使得吸附剂具有较高的CO2捕集效率,并且在35℃和5 vol.%CO2下,吸附剂的吸附量仍可达4.1 mmol/g,低温低分压下良好的吸附能力可极好的拓宽该吸附剂的应用范围。同时,In situ DRIFTS结果表明,较高的CO2浓度可以促进反应过程中氨基甲酸物质的形成,提高CO2吸附量。通过Arrhenius公式拟合发现吸附剂吸附活化能(Eα)随CO2浓度的升高而降低,同时其远低于醇胺吸收剂的吸收活化能,表明胺基吸附剂更易吸附CO2。