直接空气CO₂捕集技术是一种碳负排放技术,是应对全球气候变化的重要技术之一。直接空气CO₂捕集系统具有装置放置的灵活性,可以减少从捕集地点到应用场景的管道需求。此外,直接空气CO₂捕集技术还可以灵活地提供多种形式的碳源,不受地理位置和时间、空间等的影响。因此直接空气CO₂捕集技术可以作为一种有商业前景并能有效的控制大气中CO₂浓度的方法。变湿再生技术用于直接空气CO₂捕集,可通过改变环境中水汽分压力实现CO₂气体的吸附-脱附,材料的再生过程只需通过在较低温度下界面的脱水即可实现,因而可采用低品位能源,实现能量的梯级利用。现有的变湿再生吸附剂存在吸附动力学缓慢与吸附容量偏低等问题,本文基于季铵基多孔树脂开发一种具有良好动力学与吸附容量的新型变湿再生吸附剂,并基于该吸附剂设计了用于农业CO₂气肥供应的变湿再生捕集系统。本文吸附剂的开发主要以季铵型强碱性阴离子交换多孔树脂为研究对象,采用相转化法制备了表面富含孔隙的异相结构吸附剂。同时搭建了CO₂吸附实验台,测试了吸附剂的CO₂吸附性能;搭建了CO₂解吸附实验台,测试了吸附剂的CO₂解吸附性能;对吸附剂的吸水失水特性进行了研究。初步研究了D201吸附剂与D290吸附剂的吸附性能,通过氮物理吸附和压汞法（MIP）分析了D201树脂与D290树脂的孔特性,结果表明更高BET表面积和微介孔率有助于吸附剂吸附速率的提升。D290吸附剂具备更优异的吸附动力学性能,将进行进一步分析。利用Langmuir等温方程对吸附剂吸附过程与解吸附过程进行了热力学分析,得到了D290吸附剂不同相对湿度与温度的吸附热力学平衡常数,得到了D290吸附剂不在不同解吸附温度下解吸附热力学参数。利用改进的缩核模型分析了粒径、温度和相对湿度对D290吸附剂吸附动力学的影响。相同条件下,D290吸附剂吸附速率随着活性树脂粒径的减少而增加,粒径对化学反应速率有一定影响。温度与相对湿度对化学反应速率与产物层扩散速率在不同温湿度下具有不同的影响。经过模型测算,D290吸附剂的半吸附时间为4.0分钟,这是迄今为止在吸附容量高于0.7mmol/g的变湿再生吸附剂中报告的最短半吸附时间。D290吸附剂的干燥失水过程可用Logarithmic模型很好地表述出来,吸附剂干燥与温度有关,实际操作过程中可以以温度为主要变量考虑吸附剂干燥时间。本文基于所筛选并优化的D290吸附剂设计了用于农业气肥供应的变湿再生CO₂捕集系统,规模为10kg-CO₂/d。对捕集装置的内部结构、所需流量与风速进行了设计,确定了吸附剂的用量、捕集系统的工艺与操作方法。最后对捕集装置的能耗水耗进行了分析