化石燃料的燃烧导致空气中的二氧化碳大量增加。清洁能源受技术和成本的限制,难以在短时间内取代化石燃料的主导地位。在这样的背景下,对二氧化碳进行捕集和封存是减少二氧化碳排放的最有效途径。吸附分离技术在捕集二氧化碳方面非常具有竞争力,其面临的主要问题是开发高效的吸附剂。对吸附剂表面进行表面改性处理,可以显著提高其对二氧化碳的吸附选择性;以多孔碳材料为载体的水合物法能够大幅提高对二氧化碳的捕集容量,表现出很好的开发前景。基于此,以有序介孔碳材料CMK-3为吸附剂,从水合物法捕集二氧化碳和硫掺杂改性处理两方面进行了研究。首先,通过采用硬模板法,合成出有序介孔碳材料CMK-3,对其进行N₂吸脱附、XRD、SEM和TEM表征。CMK-3的比表面积和孔体积分别为1134 m²/g和1.13 cm³/g。分别将纯水和MDEA溶液负载在CMK-3的孔隙内,测其对CO₂的吸附性能。结果表明,负载纯水的CMK-3当吸附压力达到1.80 MPa左右,吸附量出现一个快速跃升,随后又转入缓慢增长,在吸附压力为2.45 MPa左右出现第二次跃升。增大CMK-3负载水的量,吸附等温线仍保持两次跃升的形状,跃升压力也基本没有变化,只是吸附量有所提高。负载MDEA溶液的CMK-3对CO₂吸附等温线跃升形状与溶液浓度有关。当MDEA溶液的浓度超过1.4mol/L时,没有水合物生成,且在大约3.5 MPa的吸附压力下,CO₂吸附容量仅为13 mmol/g,这明显低于在相同压力下负载纯水的CO₂吸附容量。当MDEA溶液浓度为0.52 mol/L时,在大约1.88 MPa下形成气体水合物;吸附压力在3.58MPa下,CO₂吸附容量约为28.7 mmol/g。计算负载MDEA溶液下CMK-3的焓变为-66.96 k J/mol,高于其在纯水中的焓变。CO₂在吸附压力为3.2 MPa,Rw=2.0时的吸附量是干炭最高吸附量的2.1倍。其次,以硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）为活化剂,对CMK-3进行S掺杂,得到掺杂后的样品为SCMK-3,其比表面积与孔体积为1108 m²/g和1.14 cm³/g,这与CMK-3的数值大小基本相同。掺杂得到的S含量为4.274 wt%。分别测定CMK-3和SCMK-3对单组分CO₂、CH₄和N₂的吸附等温线。结果显示,两个样品对各气体的吸附能力基本相同,这是由于掺杂S后,样品的比表面积和孔体积基本没有变化,并且掺入的S元素非常少,杂原子对吸附剂吸附性能的影响没有体现出来。分别采用Langmuir吸附模型和Langmuir-Freundlich吸附模型描述CMK-3以及SCMK-3对单组分CO₂、CH₄和N₂的吸附行为,结果显示,与Langmuir吸附模型相比,Langmuir-Freundlich吸附模型更适合描述CMK-3以及SCMK-3对单组分气体的吸附行为。CO₂、CH₄和N₂在CMK-3以及SCMK-3上的等量吸附热大小为CO₂>CH₄>N₂,且主要发生物理吸附作用。采用理想吸附溶液模型预测多组分吸附平衡数据,估测其吸附选择性。CMK-3对CO₂/CH₄体系分离因子较小,基本在2.1～3.1左右,对CO₂/N₂体系分离因子较大,基本在5.3～9.6之间。SCMK-3对CO₂/CH₄的分离因子大小在2.1～2.9范围之间,对CO₂/N₂的分离因子大小在5.5～9范围内波动。