我国粉煤灰产生量大、综合利用率低、高值资源化技术研究需求迫切,同时燃煤电厂面临着艰巨的CO₂减排任务。本论文从粉煤灰高值利用和全量消纳的角度出发,创新性地提出了以协同回收硅铝元素为核心、硅钙残渣仍可用于循环CO₂捕集的粉煤灰资源化理念,首次引入燃煤烟气中CO₂用于合成有序介孔纳米硅、铝材料,从而在燃煤电厂内部实现了粉煤灰高值资源化和CO₂的原位减排,为其产业化应用提供理论支撑。主要研究成果如下:针对我国粉煤灰硅铝总含量高、硅铝晶体共存的特点,创新性地研发了碱溶解-石灰石烧结技术,协同回收粉煤灰中硅铝元素。阐释了碱溶解法回收SiO₂过程中的关键影响参数及硅元素迁移转化机理,SiO₂回收率最大可达到46.62%。阐释了石灰石烧结法回收Al₂O₃过程中的关键影响参数及铝元素迁移转化机理,Al₂O₃回收率最大可达到87.42%。硅钙残渣仍可原位用于燃煤电厂循环CO₂捕集。首次采用CO₂辅助沉淀技术、引入模拟净化烟气作为沉淀剂,以粉煤灰硅浸出液为前驱体,合成了有序介孔纳米SiO₂产品。阐释了硅浓度和模板剂对产品羟基含量及孔隙结构的调控作用,所合成的产品（“SiO₂-0.16”）SiO₂纯度高（99.35wt.%）、疏水性能好(1.28 OH·nm^-2)、比表面积达到1157 m²·g^-1、平均孔径为2.9nm、且具有高度有序的六方孔道结构。该技术能够将反应时间从24 h缩短为3 h、并同时产生碳酸钠副产品,且产品的纯度高、结构性能优异。以粉煤灰铝浸出液为前驱体,采用CO₂辅助沉淀技术合成了有序介孔纳米γ-Al₂O₃产品。阐释了沉淀温度和煅烧温度对产品孔隙结构和晶体结构的调控机理;所合成的产品（“Al₂O₃-65/550”）比表面积大(230.3 m²·g^-1)、平均孔径为3.8 nm、具有γ-Al₂O₃晶体结构、且具有有序的六方孔道结构。该技术无需添加任何模板剂,能够将反应时间从24 h缩短为1 h、并同时产生碳酸钠副产品,且产品具有晶体结构、结构性能优异。采用相对响应强度法定量分析了硅钙残渣中方解石的含量,从而计算出其理论CO₂吸附潜能为0.136 g-CO₂·g-sorbent^-1。通过构建硅钙残渣吸附CO₂的反应动力学模型,阐释了CO₂浓度、吸附温度和微量酸性气体对硅钙残渣吸附CO₂过程及动力学参数的影响。研究了硅钙残渣的循环CO₂吸附性能,在30次循环后的CO₂吸附量为0.0858 g-CO₂·g-sorbent^-1、平均每个循环仅衰减0.72%;硅钙残渣的循环稳定性好、循环CO₂吸附量高,因此可以原位用于燃煤烟气的CO₂捕集。