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随着全球经济和工业的飞速发展、人口数量的快速增长以及人类社会进步,大气中CO2浓度逐年增加,温室效应带来的全球气候变化频频,导致人类赖以生存的环境惨遭破坏,健康安全面临着潜在的危险。国家在“十三五”规划中明确提出节能减排目标,要将CO2排放量下降18%。迄今为止,化石燃料依旧是世界能源结构的主要组成部分。我国仍以煤炭为主,CO2总排放量的近70%来自于工业气体。因此,对温室气体CO2的捕集、封存和利用技术（简称CCS技术）是当前的研究热点。目前,工业上大规模分离CO2主要采用溶剂吸收法,在此过程中,气液传质效果是影响CO2吸收率的关键因素。从强化气液传质的角度出发,本文制备了吸附性较强的MCM-41纳米颗粒,将其分散至溶液中强化吸收CO2。通过高速相机捕捉CO2在有纳米颗粒存在的液相体系中气泡生成过程,从可视化的角度分析纳米颗粒的添加增强气液传质效果的原因。引入超重力技术,通过外场强化CO2吸收过程,探索功能化MCM-41纳米颗粒在超重力环境下对二乙烯三胺（DETA）水溶液强化吸收CO2的影响规律。本文的主要研究内容及结果如下:（1）以CTAB为模板剂、TEOS为硅源,采用微波合成法高效合成MCM-41纳米粒子。结果表明微波合成MCM-41的适宜条件为微波温度100°C、微波时间15 min、微波功率200 W。在此条件下,MCM-41纳米粒子的粒径约为50 nm,比表面积1210.3m2/g,孔容1.224 cm2/g,孔径3.825 nm。微波的高频振荡及场加热方式使体系处于高度分散且均一的温度分布环境,成核速率加快,使体系内爆发成核,得到粒径均匀的MCM-41纳米粒子。同时使MCM-41合成所需时间由传统水热法12天降低到15 min,极大地缩短了合成时间。（2）利用高速拍摄技术,研究纳米颗粒的加入对CO2吸收过程中气泡的脱离直径和脱离时间的影响,从可视化角度分析纳米颗粒增强气液传质效果的原因。结果发现,纳米颗粒的存在影响了气泡在流体中的生成过程,破坏了气泡与孔口处连接“细颈”的稳定性,使气泡脱离时间缩短,脱离直径变小,有效增大了气液接触面积,提高了气泡的脱离频率,有利于强化气液两相的传质过程。增大纳米颗粒固含量,可使颗粒与气泡间的碰撞、扰动作用加强,从而促进气液传质。（3）为了提高纳米颗粒对CO2的吸附能力,采用嫁接法改性MCM-41,并研究氨基功能化MCM-41的加入对CO2吸收过程中气泡生成的影响。在回流时间8 h、APTES和MCM-41用量为1 mL:1 g的条件下,制备得到粒径约为55 nm,APTES含量为10.96%的NH2-MCM-41。NH2-MCM-41纳米颗粒表面氨基在水溶液中与酸性气体CO2发生相互作用,使纳米颗粒与气液界面间的相互作用加强,加速了气泡与孔口处连接“细颈”的断裂,进一步缩短脱离时间,减小脱离直径。（4）为了更便捷绿色制备功能化MCM-41,直接采用浸渍法对未脱除模板剂的MCM-41原粉改性,并研究胺功能化MCM-41的加入对CO2吸收过程中气泡生成的影响。在浸渍时间24 h、PEI用量为30%的条件下,制备得到PEI含量为26.98%,粒径约为60 nm的PEI-MCM-41。虽然PEI-MCM-41纳米颗粒的介孔孔道消失,但其对CO2吸收过程中气泡的生成仍起促进作用。此外,向有机胺水溶液中添加纳米颗粒,纳米颗粒可增强气液边界层的微扰动程度,引起流体内部发生微对流,促进液膜重新分布,加快膜内物质交换,提高气液传质效果,强化CO2吸收过程。（5）以上述研究为基础,采用超重力旋转填料床作为吸收器,NH2-MCM-41/DETA和PEI-MCM-41/DETA体系为吸收液,通过耦合超重力技术和纳米流体强化技术共同克服CO2的传质阻力,强化CO2吸收。分别考察了超重力因子、液气比、纳米颗粒固含量对CO2吸收效果的影响。实验发现,在超重力旋转填料床中,纳米颗粒固含量、超重力因子、液气比都会对纳米颗粒强化CO2的吸收效果产生影响。添加NH2-MCM-41或PEI-MCM-41纳米颗粒都可在一定程度上提高溶液对CO2的吸收率,但存在一个最佳值。对于NH2-MCM-41/DETA体系,当纳米颗粒固含量为0.10 wt%、超重力因子为48.09、液气比为0.07时,CO2的吸收率为96.06%,相比未添加纳米颗粒的DETA溶液提高了4.97%。对于PEI-MCM-41/DETA体系,当纳米颗粒固含量为0.05 wt%、超重力因子为48.09、液气比为0.07时,CO2的吸收率为93.08%,相比未添加纳米颗粒的DETA溶液提高了1.99%。本论文基于化工过程强化技术,从微波合成纳米MCM-41到纳米流体耦合超重力技术强化溶液吸收CO2,提出了一种将多种过程强化技术串联组合并实现高效脱碳的工艺路线,为CO2捕集技术提出一条新思路。