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燃烧后二氧化碳捕集技术是短时间内控制二氧化碳排放、缓解气候变化最为有效的途径。其中吸附分离以其系统工艺简单、投资成本少、能耗低等优点而被视为是一种具有前景的二氧化碳分离技术。然而,目前还未实现大规模应用于烟气中CO2捕集,对吸附过程的认识对该技术的发展和应用显得非常重要。在诸多吸附剂中,活性炭由于具备易于再生、稳定性好、对水分不敏感及成本低等优势,是用于烟气中CO2捕集最为合适的吸附剂选择。本文选用活性炭材料作为吸附剂,采用理论与实验相结合的方法对吸附过程特性、再生性能等问题进行深入探讨,并对低成本、高性能活性炭吸附材料的开发进行研究。采用模拟烟气对活性炭在固定吸附床上进行动态吸附CO2实验,通过床柱中温度变化来了解吸附过程内在传质现象,考察进气流量及吸附压力对吸附的影响机制,以床柱效率评价床柱的实际有效利用。结果发现,进气流量增大,吸附传质区的移动速度加快,吸附效果减弱,床柱效率下降;吸附压力增大,传质区的移动速度变慢,床柱效率更高。在该系统中进行含水吸附实验,结果发现水分对活性炭吸附存有一定的负面影响。对活性炭吸附CO2的动力学和热力学展开深入理论和实验研究。在对活性炭静态平衡吸附CO2的实验基础上,应用Avrami动力学模型准确地预测了平衡吸附过程。在小型吸附装置系统上,对5-18%CO2浓度、不同温度条件下进行了系列吸附实验,运用简化失活动力学模型成功地对活性炭吸附CO2过程进行模拟分析,获得吸附动力学常数与温度的关联特性,并根据拟合结果分析得到能够描述吸附和失活速率常数随温度变化的经验公式。利用Langmuir模型拟合出吸附等温线,拟合结果与实验数据吻合度非常高,并应用克劳修斯-克莱伯龙方程进行吸附热力学分析,结果发现等量吸附热随吸附量的增加而近似线性地下降,其平均值为16.23kJ/mol。动力学和热力学特性研究为活性炭材料用于CO2吸附的实际应用提供理论基础。采用N2吹扫和真空再生的方式进行活性炭吸附CO2的再生特性研究。结果表明增加吹扫流量和加长吹扫时间可以增加再生效率。真空压力是影响再生效果最为关键的参数,再生过程中大部分的解吸行为发生在真空抽吸的初始阶段,再生过程中耦合温度变化会带来积极的影响。运用ASPEN Adsorption模拟软件对真空再生效率和再生能耗进行评估分析,结果发现存在最优真空压力为5kPa,获得最小再生单位能耗约为2MJ/kgCO2。利用浙江本地农林废弃物山核桃壳为原料,进行高性能活性炭制备开发研究,采用“一步法”物理活化工艺获得活性炭材料。结果表明活化温度是极为重要的影响参数,随着活化温度的不断升高活性炭孔隙特性变得更加丰富,CO2吸附容量也随之增加,特别是活化温度高于800℃时对吸附能力的影响更加显著,最高可达到2.31mmol/g。增加活化时间也能使孔隙结构变得更好,活性炭的CO2吸附容量随之线性增长。采用浙江大学热能所煤热解多联产工艺生产的焦油沥青（TP）作为前驱体,以KOH化学活化法获得粉末活性炭。结果表明,KOH/TP比对孔隙特性及CO2吸附能力有很大的影响。虽活性炭均拥有极高的BET表面积（>2000m2/g）,但微孔特性却随KOH/TP比增加而下降;CO2吸附容量最高达到2.45mmol/g,但其随着KOH/TP比的增加逐渐减小。活性炭对CO2的吸附性能并不由表面积决定,而是与材料的微孔特性有关。基于焦油沥青材料,采用三种不同方法成功开发出成型的活性炭材料,具有良好的孔隙结构且CO2吸附表现出色。这些高性能活性炭的成功制备为今后高效活性炭吸附剂开发与应用及提高原料的经济价值提供了依据。