纳米CaO基CO2吸附剂具有分解温度低、吸附速率快和吸附容量大等优点,广泛应用于烟道气脱碳和反应吸附强化重整制氢新技术。然而纳米CaO基CO2吸附剂的钙源成本高和稳定性差成为制约纳米CaO基吸附剂工业应用的核心问题。磷肥生产过程中产生的工业废料磷石膏大量堆积,不仅造成了环境的污染还造成了资源的浪费。因此,研究磷石膏制备低成本纳米CaO基吸附剂并提高其吸附容量的稳定性,对磷石膏的资源再利用,以及用于烟道气中CO2减排和新制氢技术都具有重要理论意义和应用前景。本文研究以磷石膏为钙源制备纳米CaCO3的工艺条件和结晶动力学,并以制备的纳米CaCO3为前驱体,采用添加镁溶胶的改性方法制备纳米CaO/MgO基CO2吸附剂,研究磷石膏中可溶性和不溶性杂质对CaCO3粒径和吸附剂吸附性能的影响。为提高吸附剂的使用稳定性,进一步研究纳米CaO基吸附剂的自激活产生的条件和机理。主要的研究内容和结果如下：(1)磷石膏气-液-固三相一步碳酸化法制备纳米CaCO3。考察了反应时间、反应温度(5-60℃)、CO2通量(96-354mL·min-1)、搅拌速度和可溶杂质对磷石膏中硫酸钙转化率的影响以及对CaCO3的含量、粒径、形貌和晶型的影响。结果表明：升高反应温度,提高CO2通量或搅拌速度,洗脱可溶性杂质均能加快磷石膏中硫酸钙的转化反应。优化的反应条件为30℃、251mL·min-1的CO2通量和除去可溶杂质。在此条件下,CaCO3样品的最小数均粒径为73nm,样品中的CaCO3含量为83wt.%,具有规则颗粒和不规则颗粒两种共存的形貌,CaCO3的晶型为方解石和球霰石共存。(2)本文分析了磷石膏制备纳米CaCO3的反应机理,并基于粒数分布衡算和拉普拉斯变换,联立成核和生长动力学,从而建立了纳米CaCO3结晶动力学模型。在反应温度分别为20℃、30℃和40℃,CO2通量为138mL·min-1和251mL·min-1条件下,拟合得到成核因子n和生长因子g分别为0.6和0.2,成核活化能为-62.1kJ·mol-1,生长活化能为70.3kJ·mol-1。经检验该模型预测的结晶速率与实验值的相对平均误差约为20%。(3)添加镁溶胶制备多孔纳米CaO/MgO基CO2吸附剂并研究其吸附性能。将采用MgO和柠檬酸为原料制备的镁溶胶和纳米CaCO3浆料混合,干燥后煅烧制备纳米CaO/MgO吸附剂。考察不同钙镁比对纳米CaO/MgO吸附剂的微观结构及吸附剂的活性和稳定性的影响。结果表明：纳米CaO/MgO吸附剂的比表面积和平均孔径随着钙镁比提高而增大,分别在9.9-15.3m2g-1之间和16-30nm之间。与纳米CaO/Al2O3吸附剂相比,纳米CaO/MgO吸附剂的吸附速率提高了30%及吸附容量增加了1倍。纳米CaO/MgO吸附剂中CaO的转化率和稳定性随着钙镁比提高而增加。在MgO含量为25wt.%的优化条件下的吸附剂在再生温度为850℃,气氛为50%CO2条件下经过50个循环后仍然保持38%的转化率。(4)磷石膏为钙源制备纳米CaO基C02吸附剂及吸附性能研究。采用磷石膏制备的不同粒径的纳米CaCO3样品为前驱体,添加MgO制备纳米CaO基CO2吸附剂。考察了CaCO3粒径和杂质对吸附剂分解温度、活性和稳定性的影响,以及MgO对吸附剂稳定性的影响。研究表明：粒径的减小和杂质降低了分解温度和提高了稳定性,MgO改性提高了吸附剂的稳定性。在反应吸附温度为650℃和气氛为20%CO2碳化10min,及再生温度为750℃和气氛为N2再生10min的循环条件下,磷石膏为钙源制备的纳米CaO/MgO吸附剂经过50次循环吸附容量仍有0.2gCO2·g-1。(5)纳米CaO基吸附剂自激活和稳定性研究。实验采用纳米CaO吸附剂、纳米CaO/MgO吸附剂和纳米CaO/CaTiO3为纳米CaO基吸附剂,研究反应吸附条件和再生条件对吸附剂自激活和稳定性的影响,以及自激活对吸附剂结构和形貌的影响。研究表明：升高反应吸附温度和增加反应时间以及添加惰性物质有利于吸附剂自激活的出现和稳定性提高。且当碳酸化时间降为5min时,添加MgO和TiO2的吸附剂仍有自激活出现。提高再生温度则不利于纳米CaO基吸附剂自激活出现。基于自激活过程中吸附剂颗粒和结构的变化,提出颗粒-核-孔模型解释纳米CaO基吸附剂的自激活现象。