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由温室气体引起的全球变暖会导致一系列严重的环境问题。二氧化碳（CO2）作为最主要的温室气体,其控制与减排对于缓解气候变化具有重要意义。作为世界第一的煤炭大国,中国要实现“双碳”目标,减少化石资源利用中CO2的排放是十分必要的,而碳捕集利用与封存（CCUS）技术是目前实现化石能源大规模低碳化利用的唯一技术选择。基于燃煤电厂烟气排放量大,且CO2分压较低的情况,化学吸收法是普及燃煤电厂烟气碳减排最行之有效的碳捕集技术。针对传统有机胺或离子液体水溶液再生能耗高、纯离子液体或有机胺非水溶液黏度大等缺陷,开发高效低耗的新型CO2吸收剂成为目前该研究领域亟待解决的关键问题。本研究创新性地提出基于功能化离子液体和有机溶剂构成的复合溶液,实现了高效吸收和解吸性能、低再生能耗、低黏度及低腐蚀性等目标。设计并合成性能优良的新型功能化离子液体,将其溶解在合适的有机溶剂中,优化配方比例,从而构建出理想的功能化离子液体/有机溶剂复合体系用于CO2的捕集。测定复合溶液的吸收和解吸性能,估算其再生能耗并探究腐蚀性能;通过对吸收和解吸全过程中产物的表征及分析,探明产物的变化规律,阐明复合体系捕集CO2的反应机理,并在此基础上进行传质-反应动力学的研究。首先,本文选取含有多个氨基基团的四乙烯五胺（TEPA）作为阳离子,含有氨基和氮唑型结构的5-氨基-4-咪唑甲酰胺（AICA）作为阴离子,合成四乙烯五胺-5-氨基-4-咪唑甲酰胺盐（[TEPAH][AICA]）,将其溶解在正丙醇（NPA）和乙二醇（EG）的混合液中用于捕集CO2。[TEPAH][AICA]/NPA/EG复合溶液的CO2吸收负荷可达1.78mol·mol-1,是传统一乙醇胺（MEA）溶液的3.6倍(约为0.50 mol·mol-1),且吸收前后溶液的黏度分别为3.84 mPa·s和9.57 mPa·s。复合溶液通过常压加热可实现解吸,其再生效率可达95.2%,再生能耗为2.30 GJ·t-1 CO2,比MEA水溶液降低了 39.5%。利用电化学法测定了复合溶液的Tafel曲线,进而考察了溶液对20#碳钢的腐蚀能力,其新鲜溶液与饱和溶液的腐蚀速率分别为4.51×10-3 mm·a-1和6.71×10-3 mm·a-1,远小于MEA和其他离子液体水溶液。其次,利用核磁碳谱并结合量子化学计算分析了[TEPAH][AICA]/NPA/EG复合溶液在吸收和解吸过程中产物的变化规律,进而阐明其反应机理。[AICA]-中的酰胺基基团不参与反应,其他氨基基团均可以吸收CO2生成氨基甲酸酯,其反应遵从两性离子机理。三级氮负离子也可吸收CO2,但其无需经历两性离子生成和去质子化过程,可直接生成氨基甲酸酯。部分氨基甲酸酯会进一步与正丙醇和乙二醇反应,转化为烷基碳酸盐。本文还测定了复合溶液的密度、黏度、亨利系数和扩散系数等动力学研究所需的物化参数。基于复合溶液的反应机理,借鉴经典的传质模型和双膜理论,建立复合溶液捕集CO2的传质-反应动力学模型,获得了一系列动力学参数。溶液的总反应速率常数和增强因子分别为18245.90 s-1和80.17。二级反应速率常数与温度间的关系可用Arrhenius方程进行描述,具体可表达为:k2=7.2075×10~8exp（-3093.5/T）,且其反应活化能为 25.72kJ·mol-1。虽然[TEPAH][AICA]/NPA/EG复合溶液具有高效的吸收和解吸性能,优秀的节能和低腐蚀性优势,但从工业应用与推广的角度考虑,[TEPAH][AICA]仍存在一些缺陷需要改进:AICA的原料成本较高且其与TEPA合成离子液体的条件苛刻。另外,[AICA]-中的氨基基团并未完全参与反应,反而会增大离子液体的黏度和腐蚀性。因此,针对上述问题,将阴离子替换为性能良好且价格低廉的2-甲基咪唑（2-MI）。四乙烯五胺-2-甲基咪唑盐（[TEPAH][2-MI]）的合成方法相对简单,其与正丙醇和乙二醇组成的复合溶液可实现同样优秀的捕集性能和节能优势。优化后复合溶液的吸收负荷为1.72 mol·mol-1,再生效率高达98.8%,再生能耗为2.98GJ·t-1 CO2,较MEA水溶液降低了 21.6%。由于消除了未发挥作用的氨基基团,复合溶液吸收前后的黏度和腐蚀能力均有所降低。新鲜溶液和饱和溶液的黏度分别为3.66 mPa·s和7.65 mPa·s,腐蚀速率则分别降至2.43×10-3 mm·a-1和2.53×10-3mm·a-1,这有利于其在碳捕集工艺过程中的储存与运输。最后,利用核磁碳谱并结合量子化学计算分析了[TEPAH][2-MI]/NPA/EG复合溶液捕集CO2的反应机理。[TEPAH][2-MI]中的所有氨基基团和三级氮负离子均可以吸收CO2。通过测定复合溶液的物化参数,并探究其捕集CO2的传质-反应动力学过程,复合溶液展现出与[TEPAH][AICA]/NPA/EG溶液相当的动力学性能,其总反应速率常数和增强因子分别为13411.66s-1和67.77,二级反应速率常数与温度间的关系式为:k2=5.6192×10~8exp（-3111.6/T）,且反应活化能为25.87 kJ·mol-1。该结果相比于传统的MEA和离子液体溶液优势显著,具有应用潜力。