我国的能源结构以煤为主,燃煤烟气排放的SO2和CO2引发了酸雨、雾霾、温室效应等严重的环境问题,控制烟气SO2/CO2成为我国打赢“蓝天保卫战”、实现“碳中和”目标的关键。在传统工艺中,脱硫和脱碳设备均位于烟气末端,二者前后衔接、相互影响,例如脱碳工艺需要克服因SO2竞争吸收导致乙醇胺（MEA）吸收剂失活的难题。因此,研发低成本的烟气脱硫脱碳技术具有重要的理论意义和应用价值。与传统湿式钙法脱硫技术相比,氧化镁法具有更高的脱硫效率和产物价值,也更利于后续脱碳工艺的稳定运行,因此“镁法脱硫耦合醇胺法脱碳”是较理想的烟气脱硫脱碳技术路线。但由于氧化镁法脱硫副产物S（Ⅳ）在高盐条件下氧化困难,导致硫酸镁回收的能耗过高;传统的醇胺脱碳工艺的质子难以转移,引起吸收产物氨基甲酸盐再生能耗过大。可见,能耗过高是“镁法脱硫耦合醇胺法脱碳”工艺的瓶颈问题。本文利用多相催化技术降低脱硫脱碳工艺能耗,研究促进S（Ⅳ）氧化过程中硫氧自由基传递以及CO2解吸过程中质子转移等关键科学问题,揭示S（Ⅳ）催化氧化和CO2催化解吸的反应强化机制,主要研究成果如下:（1）基于钴（Co）基催化材料的低能耗S（Ⅳ）催化氧化技术利用过渡金属Co的催化作用,可突破高盐环境对S（Ⅳ）氧化反应的制约。为解决Co基催化剂稳定性差、成本高和毒性大的问题,本文采用水热协同自组装法,一步合成了双金属有机框架（MOFs）催化剂Mn@ZIF-67,探究了催化剂制备工艺对材料结构和化学形态的影响,构筑了适合S（Ⅳ）分子穿梭的稳定介孔结构,考察了 Mn@ZIF-67催化下的S（Ⅳ）氧化反应动力学,证实了 Mn助活性位的引入可增强MOFs材料中高活性、易接触的不饱和配位中心对S（Ⅳ）的吸附活化能力,从而提高了主反应Co位点的氧化还原效率,同时降低了Co基催化剂合成和应用的成本和环境风险。为进一步强化高盐环境下S（Ⅳ）的传质-吸附-反应过程,采用刻蚀剥离策略,以三维层状MOFs为前驱体,开发了二维Co-N-C NSs催化剂,证实了二维催化剂表面的离域电子可为Co活性位提供高度分散的固着点,充分发挥Co与载体的配位和尺寸效应,加速S（Ⅳ）的传质扩散及氧化进程。基于S（Ⅳ）氧化的三相传质模型,结合表征手段和DFT理论计算,考察了催化剂的物化特性、表面活性组分及形貌对反应速率的影响,阐明了多相催化体系中S（Ⅳ）转化的自由基链式反应机理。通过上述研究,证实开发的两种多相催化剂Mn@ZIF-67和Co-N-C NSs均可有效强化S（Ⅳ）氧化。与传统非催化反应相比,将S（Ⅳ）的氧化速率提升了 4～9倍,硫酸镁的浓度极限由10%提升至20%,回收能耗降低了 62～77%,开辟了硫酸镁的化学法浓缩回收新途径。（2）基于固体酸催化的低能耗CO2解吸技术固体酸催化剂（SACs）可作为质子供受体,突破CO2解吸过程中高温碱性环境对质子转移的制约,诱导胺基两性离子降解。针对传统金属氧化物SACs稳定性差、活性低的问题,本文采用活性组分-载体共改性的方法,一步合成了 SO42-/ZrO2-HZSM-5复合型催化剂,并通过优化催化剂制备工艺,减缓了金属氧化物SACs在MEA碱性溶液中的降解团聚,证实了催化剂表面锚定的质子酸 BASs（包括-OH,-SO3H,H3O+等）和电子酸 LASs（Zr4+,Al3+等）可作为质子穿梭体,加快高碱性环境下质子的传递速率,促进MEA再生和CO2解吸。为进一步提升SACs的活性和稳定性,以高活性MOFs为前驱体,采用壳包覆策略构建了具有强酸位点的SO42-/ZIF-67-C@TiO2催化剂,证实了 TiO2壳层和MOFs分子内强亲和力可有效阻止LASs(Co2+)活性组分流失,受到保护的Co2+物种可作为电子受体接受氨基甲酸盐中N元素的电子,加速N-C键断裂,同时催化剂表面的BASs（-OH,-SO3H）可加快质子转移速率,协同促进CO2解吸。针对三维SACs催化剂表面利用性差、BASs易流失和回收难的问题,进一步采用酸刻蚀剥离策略,设计了基于磁控分离的二维强酸性Co-N-C NSs催化剂,证实了材料中的单质Co作为磁芯可实现磁控分离回收催化剂,而材料中的BASs（-OH）和Co-Nx活性物种可协同作用,加速质子电子转移,诱导氨基甲酸盐降解。此外,Co-N-CNSs的分子内强亲和力以及-OH的高稳定性可以解决高温碱性环境下的催化剂失活问题,催化剂运行寿命增加。通过对比不同催化条件下的CO2解吸特性,发现上述三种基于酸性位调控的高活性、高稳定性SACs可将CO2解吸速率提升1.4～3.8倍,解吸能耗降低31～42%。基于两性离子机制,结合实验、表征手段和DFT理论计算,探究了催化剂的失活和抗中毒机制,阐明了 SACs催化解吸CO2的反应路径及调控机理,研究结果可为低能耗碳捕集工艺提供技术支撑。综上所述,本文从不同维度出发,研制了 2种钴基多相催化剂,通过引发硫氧自由基链式反应,促进镁法脱硫中的S（Ⅳ）氧化反应进程;开发了 3种固体酸催化剂,通过诱导氨基甲酸盐N-C键断裂,强化醇胺法脱碳中的CO2解吸进程。上述方法有效降低了烟气脱硫脱碳工艺能耗,为能源电力行业“减污降碳、协同增效”提供了理论依据和技术参考。