众所周知，日益增多的二氧化碳(CO2)排放是造成全球变暖的主要原因。进行全球性大规模CO2减排已刻不容缓，作为CO2集中排放源的燃煤电站首当其冲。目前，有多种CO2捕集方法，然而在工业应用时选择捕集方法必须考虑技术经济性。所谓“钙循环捕集CO2”的概念，是指钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化反应捕集CO2，这是最具有可行性的燃煤电站大规模捕集CO2方法之一。
　　 针对常规增压流化床燃烧燃气/蒸汽联合循环(PFBC-CC)捕集CO2过程中发电效率不高的问题，率先提出了采用先进增压流化床燃烧燃气/蒸汽联合循环(APFBC-CC)系统捕集CO2的新型工艺路线，并对整个CO2捕集过程进行模拟。计算表明在典型工况下APFBC-CC捕集CO2系统在CO2捕集效率为89.62％时取得了41％的高系统效率。
　　 研究了石灰石和白云石等天然钙基吸收剂在循环煅烧/碳酸化过程中的反应特性，考察了碳酸化温度、煅烧温度、颗粒粒径、碳酸化气氛和煅烧气氛中CO2分压力对天然钙基吸收剂循环碳酸化特性的影响规律，分析了天然钙基吸收剂的比表面积、比孔容和孔分布特性在循环反应中的变迁行为。首次探讨了贝壳作为CO2吸收剂的可行性，贝壳在循环反应中表现出了较好的CO2捕集性能，它具有发达的孔隙结构。
　　 在掌握天然钙基吸收剂的循环煅烧/碳酸化捕集CO2特性基础上，首次通过向天然钙基吸收剂添加KMnO4等添加剂，率先采用乙醇、醋酸溶液以及稻壳灰对吸收剂改性等手段，系统地实验研究了改性天然钙基吸收剂循环捕集CO2的性能，优化了相应的反应参数，并通过物相分析、能谱分析和微观结构分析等手段，揭示了改性吸收剂捕集CO2性能得以改善的机理。
　　 考察了KCl、K2CO3、NaCl、Na2CO3及KMnO4作为添加剂对天然钙基吸收剂循环碳酸化特性的影响。结果表明，钾盐较钠盐对CaCO3循环捕集CO2能力有更好的促进作用，钾/钠氯化物比钾/钠碳酸盐效果更好。在CaCO3中添加质量比为0.5％～0.6％的KCl时吸收剂能取得最高的循环碳酸化转化率。KMnO4的添加增强了天然钙基吸收剂的长周期捕集CO2性能，添加了0.8％KMnO4的CaCO3经100次循环后转化率是相同反应条件下未处理CaCO3的2倍。
　　 采用乙醇溶液水合改性CaO能够提高CaO的循环捕集CO2性能。研究表明，改性CaO平均粒径小于来自单纯水合产物(Ca(OH)2)的CaO；乙醇分子强化了H2O与CaO的结合力和渗透力，从而使CaO煅烧后产生孑L径增扩效应，颗粒粒径和孔隙结构的改变使得改性CaO具有更好的CO2循环捕集性能。
　　 经醋酸溶液改性后天然钙基吸收剂的循环碳酸化转化率也得到明显提高，100次循环后改性石灰石碳酸化转化率可达0.41，而相同反应条件下未处理石灰石转化率小于0.1。天然钙基吸收剂经过醋酸溶液改性后CaO晶粒平均尺寸变小，并且随循环次数的增加改性CaO晶粒平均尺寸增加更为缓慢；改性钙基吸收剂煅烧产物在循环反应中具有更大的比表面积和比孔容，孔分布特性也得到了优化，在此基础上首次提出了采用含醋酸工业废液处理天然钙基吸收剂并回收丙酮的新型低成本工艺路线。
　　 首次提出了采用稻壳灰和CaO的水合产物作为新型CO2吸收剂的方法。研究了稻壳灰/CaO吸收剂在循环反应过程中的CO2循环捕集性能、表观形态、孔结构特性和物相变化行为，并与其他硅源/CaO吸收剂的碳酸化性能进行比较。最佳的稻壳灰/CaO吸收剂制备条件为：水合温度为75℃，水合时间为8h，稻壳灰中SiO2与CaO摩尔比为1.O；稻壳灰对CaO循环碳酸化转化率的促进作用比纯SiO2和硅藻土大；稻壳/CaO在多次循环反应中保持了较高的比表面积和发达的孔隙。采用稻壳灰与CaO水合产物作为CO2吸收剂展现出了良好的工业应用前景。
　　 采用分形理论描述天然钙基吸收剂微观结构，首次研究了CaO在循环煅烧/碳酸化反应中的分形特征，得出了CaO在循环反应中分形维数随反应参数的变化规律，建立了CaO分形维数与其CO2捕集性能之间的内在联系，在分形维数D≤2.63的实验范围内，CaO分形维数与其循环碳酸化转化率呈线性正相关。