温室气体是引起全球气候变化的主要原因之一,二氧化碳（CO₂）作为最重要的温室气体,其控制与减排成为全球关注的热点话题。基于当前全球能源结构仍然以化石燃料为主的现状,从CO₂集中排放源,如燃煤发电厂等,分离回收CO₂是碳减排最直接有效的方式。新型吸收剂的研发,是进一步推广碳捕集技术的关键。而离子液体（Ionic liquids,ILs）因其性质稳定、结构可设计等特点,被认为是一种新型的绿色溶剂,引起越来越多研究者的兴趣。本文选用单氨基功能化咪唑离子液体1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐（1-aminoethyl-3-methylimidazolium bromide,[C₂NH₂MIm]Br）为基础,引入L-赖氨酸（L-Lysine,Lys）,通过两步法合成新型多氨基的功能化离子液体1-胺乙基-3-甲基咪唑赖氨酸盐（[C₂NH₂MIm][Lys]）,将其溶于水溶液中用于CO₂捕集。并通过核磁共振碳谱(¹³C NMR)、傅立叶红外光谱（FT-IR）、热重分析（TG）等分析测试方法,对该新型多氨基离子液体进行表征和分析,验证基团特性及其稳定性。随后考察新型吸收剂[C₂NH₂MIm][Lys]的吸收-解吸特性,并探究其捕集CO₂反应机理,阐明其传质-反应动力学。实验结果表明,313 K时,0.5 mol·L-1[C₂NH₂MIm][Lys]水溶液吸收CO₂的初始反应速率为0.95 mmol·min-1,最大CO₂吸收负荷约为1.62 mol CO₂/mol ILs。因[C₂NH₂MIm][Lys]离子液体中含有3个氨基基团,均能与CO₂发生化学反应,因此其吸收负荷约为传统MEA吸收负荷的3-4倍。[C₂NH₂MIm][Lys]的最适再生温度为393 K,且经过6次再生循环后,仍保持89.07%的再生效率。实验结果证明,与传统有机胺MEA相比,该新型多氨基功能化离子液体具有更高的吸收负荷,且再生性能稳定。随后,本文探讨了[C₂NH₂MIm][Lys]吸收-解吸CO₂的反应机理,分析了吸收-解吸过程中,吸收负荷、温度和溶液pH的变化情况,并对该过程分阶段采样,利用¹³C NMR分析产物特征。结合实验及表征结果分析,发现[C₂NH₂MIm][Lys]捕集CO₂过程可分为两个阶段。第一阶段,[C₂NH₂MIm][Lys]在水溶液中电离成阴阳离子,CO₂与阴阳离子中的氨基功能化基团发生化学反应,生成氨基甲酸酯中间产物,此过程为放热反应。第二阶段,溶液pH降低,化学反应减弱,而反应中间产物氨基甲酸酯水解成氨基甲酸盐;同时,CO₂的水解反应加强,反应生成HCO₃^-或CO₃^2-,此过程为吸热反应。当[C₂NH₂MIm][Lys]离子液体吸收CO₂饱和时,溶液中的碳主要以HCO₃^-或CO₃^2-存在。而解吸过程为吸收的逆过程,也分为两个阶段。首先,饱和溶液中的HCO₃^-先热分解释放CO₂,并消耗水中的H+,促使氨基甲酸、赖氨酸产物解离为酸根阴离子;随后部分HCO₃^-或CO₃^2-与酸根阴离子反应生成氨基甲酸酯中间产物,最后氨基甲酸酯受热分解,释放CO₂,溶液得以再生。基于探明的反应机理,利用双搅拌釜考察[C₂NH₂MIm][Lys]吸收CO₂过程的传质反应特性。[C₂NH₂MIm][Lys]吸收CO₂符合快速拟一级反应,基于经典的双膜理论和传质模型,结合实验结果,计算得到[C₂NH₂MIm][Lys]捕集CO₂的动力学参数,如303.15 K时,反应速率常数k2为11046.11 m3·kmol-1·s-1,增强因子E为115.25。此外,发现增强因子E与吸收剂浓度及反应温度呈线性正相关。通过Arrhenius方程对该吸收体系进行描述,[C₂NH₂MIm][Lys]溶液吸收CO₂活化能为24.6 KJ·mol-1。