温室效应诱发的全球变暖现象已经对社会和环境造成了许多不利影响,而CO2作为贡献度最大的温室气体,对其排放控制已经刻不容缓。高温化学吸附是捕集CO2的重要技术之一,该过程的实现依赖于高效的CO2吸附材料。Li4SiO4吸附剂由于具有吸附容量高、循环稳定好、再生能耗低等优点,被认为是非常有潜力的高温CO2吸附剂。然而,工业烟气中普遍存在的SO2会显著影响Li4SiO4吸附剂的吸附性能,但是其作用机理尚不明确;此外,对于Li4SiO4颗粒的CO2吸附反应动力学特性与描述方法也十分缺乏。基于此,本文通过实验测试、物化表征、热力学分析和量化计算相结合的方法,研究并获得了Li4SiO4的硫酸化反应路径与硫酸化动力学参数,揭示了碳捕集过程中碳酸化和硫酸化间的吸附竞争关系,阐明了Li4SiO4颗粒的CO2吸附反应动力学特性,可以为基于Li4SiO4吸附剂的高温CO2吸附技术开发与工业应用提供有益参考。首先,采用双温区管式炉对Li4SiO4吸附剂进行了硫酸化反应,基于物化表征和热力学计算探究了Li4SiO4硫酸化的反应路径,并获得了有O2条件下的Li4SiO4硫酸化反应动力学方程。结果表明,有O2条件下,Li4SiO4与SO2反应生成Li2SiO3和Li2SO4;而不存在O2时,则生成Li2SiO3和Li2SO3。动力学结果表明,动力控制阶段的活化能为7.47 k J/mol,扩散控制阶段活化能为249.7 k J/mol,动力控制阶段的活化能更低,说明反应更容易发生在动力控制阶段;此外,动力控制阶段的Li4SiO4硫酸化反应活化能很低意味着Li4SiO4很容易被硫酸化,且该活化能低于动力控制阶段的Li4SiO4碳酸化反应活化能,说明Li4SiO4更容易被硫酸化而不是碳酸化。其次,本文采用实验和表征研究了碳酸化和硫酸化之间的吸附竞争行为,进一步使用DFT计算探讨了碳酸化和硫酸化之间的吸附竞争机理。结果发现,Li4SiO4和K-Li4SiO4吸附剂的硫酸化和碳酸化反应相互抑制,且硫酸化对碳酸化的抑制作用远强于碳酸化对硫酸化的抑制作用;在Li4SiO4中掺杂K2CO3不仅能促进碳酸化反应,而且有利于硫酸化反应的进行。DFT计算结果表明,碳酸化会降低SO2分子与Li4SiO4表面间的相互作用,硫酸化也会降低CO2分子与Li4SiO4表面间的相互作用,从而导致碳酸化和硫酸化之间的相互抑制。最后,以挤出-滚圆法造粒得到K-Li4SiO4颗粒,研究了颗粒的基础特性和CO2吸附反应动力学。结果表明,以聚乙烯为造孔剂制备的P颗粒具有最佳的吸附性能和最差的抗压强度,其原因是比表面积和孔结构最优秀。动力学研究则发现,反应速率常数随温度升高、CO2浓度升高以及粒径降低而增大;动力控制阶段活化能为41.61 k J/mol,指前因子为4.20 m0.133·mol-0.289·s-1,扩散控制阶段的活化能和指前因子分别为114.81 k J/mol和131.92 s-1。