阐述了相干差分吸收激光雷达（CDIAL）探测大气二氧化碳（CO₂）的原理，设计了1.57 μm波段微脉冲相干探测系统，并对系统的回波信号进行了仿真。通过仿真计算分别探究了温度、压力、波长等因素对差分光学厚度计算及CO₂体积分数的反演精度的影响。仿真结果显示：当波长漂移为0.5 pm、温度不确定度为1 K、压强不确定度为1 hPa、水汽体积分数测量不确定度为10%时，这些参数引起的总体误差为0.45%；在大气中CO₂的体积分数为4×10^-4时，微脉冲相干激光雷达探测CO₂体积分数的测量误差约为1.8×10^-6。

针对呼出气一氧化氮（FeNO）体积分数的检测，使用了具有高灵敏度、高精度等特性的可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术。利用直接吸收光谱（DAS）技术和波长调制光谱（WMS）技术对呼出二氧化碳（CO₂）体积分数进行标定，并通过模拟两种气体信号来确定相关系数并完成FeNO体积分数反演。连续测量15 min气体体积分数，根据其变化实验和Allan方差曲线分析确定两种气体的参数，该系统中的CO₂气体测量精度和探测极限分别为0.045%和5.4×10^-3，一氧化氮（NO）气体测量精度和探测极限分别为1.1×10^-9和3.4×10^-9；通过反复置换CO₂和NO的混合气体与氮气（N₂）测量气体体积分数随时间变化情况来确定该系统响应时间为12 s；最后根据单次呼气周期曲线确定志愿者呼出气体中CO₂和NO的体积分数。该研究为FeNO的在线检测提供实验依据。

二氧化碳（carbon dioxide, CO2）浓度监测是实现碳达峰、碳中和的重要基础，非分散红外（non-dispersive infrared, NDIR）检测技术作为温室气体测量领域应用最为广泛的技术之一，如何有效抑制温度漂移、确保长期监测数据的稳定性和可靠性是研究重点。实验表明，光源光功率、气体吸收线强、滤光片中心波长等容易受到环境温度影响。文中提出一种红外气体检测的温度补偿方法，研制了用于大气二氧化碳浓度红外检测的分析仪。选取以 4.26.m为中心波长的 CO2气体吸收线；利用高低温试验箱，对分析仪进行温度补偿实验研究；配置标准 CO2气体浓度，对分析仪进行浓度标定实验研究。测量结果表明，红外 CO2气体分析仪浓度测量稳定，温度补偿显著，具有快速响应、应用范围广等优点。该红外 CO2气体分析仪为陆地生态系统碳收支监测等领域提供可靠数据支撑。

路径积分差分吸收（IPDA）激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO₂浓度，具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%，因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中，除了地面和海洋回波信号，还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达（ACDL）信号采集特点，针对复杂的云层回波信号，提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号，可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力，并利用云层回波信号积分值反演云上CO₂柱浓度，结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致，二者偏差为2.8 μL/L。

为了解决天然气净化厂缺乏原料气中的二氧化碳和硫化氢在线分析方法问题, 针对天然气原料气含水、 油污、 颗粒物杂质、 含硫和二氧化碳等强腐蚀性的特点, 研制了激光拉曼天然气原料气在线分析仪和配套预处理装置, 首次建立激光拉曼在线分析新方法, 在天然气净化厂开展现场应用测试, 考察了二氧化碳和硫化氢测量准确度和重复性, 验证了在线分析方法可靠性, 并开展了在线分析方法的校准技术研究。 方法性能测试试验结果表明, 硫化氢激光拉曼测定结果和标气示值的偏差小于1.0%, 两种方法的检测结果相符, 7次测量结果的相对标准偏差小于0.6%; 二氧化碳拉曼分析结果和标气示值的相对偏差小于1.0%, 7次测量结果的相对标准偏差小于0.76%。 应用测试试验结果表明拉曼光谱H2S在线测定和碘量法离线测定结果相对偏差范围为0.3%~7.5%(90%以上数据小于3%), 拉曼光谱CO2在线测定和气相色谱法离线测定结果相对偏差范围为0.6%~8.4%(80%以上数据小于3%), 激光拉曼在线分析方法的校准周期为3 d。 形成的激光拉曼在线分析仪现场运行平稳, 可实时反馈气质变化, 能够满足天然气净化厂掌握原料气中酸气成分含量的需求。

为了减缓建筑行业生产过程中CO2排放对全球气候变化的影响, 建筑行业提出了CO2矿化封存技术, 即利用CO2与水泥基材料中的水泥熟料以及水泥水化产物等反应生成以方解石为主的碳酸钙(CaCO3)沉淀和无定形高聚合度硅胶(SiO2·nH2O)。CO2矿化养护水泥基材料在实现永久封存利用CO2的同时, 因其矿化产物具有较好的稳定性、填充效应和成核效应, 矿化养护后的水泥基材料力学强度得以提升, 耐久性得到改善, 相比其他养护方法, 短时间内可以获得具有高性能的水泥基材料。本文总结了现阶段CO2矿化养护水泥基材料的最新研究进展, 从反应机理和影响因素两方面进行了介绍, 详细分析了预养护、相对湿度、水胶比、CO2浓度、养护压力和温度等养护条件对水泥基材料CO2矿化养护后性能、固碳率以及矿化程度的影响, 并对CO2矿化技术在水泥基材料中未来的发展和研究方向进行了展望。

以石灰石为原料，利用HNO3酸解和Ca(OH)2沉淀除杂精制得到Ca(NO3)2溶液，在氨氛围下采用CO2碳化法制备食品级球霰石型碳酸钙。探讨了碳化工艺参数对碳酸钙晶型调控的影响，并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征，提出了NH+4和NH2COO-共同作用调控球霰石晶型生成的机理。结果表明，氨氛围有助于球霰石的稳定成核。当NH3·H2O浓度为13%(质量分数)、CO2流量为05 L/min、反应温度为25 ℃、反应时间为25 min时，制得2~5 μm的单一相球霰石碳酸钙微球，产物的纯度达到995%(质量分数)，质量符合《食品安全国家标准 食品添加剂 碳酸钙》要求。本研究可为石灰石的高值化利用和亚稳态球霰石型碳酸钙的制备提供理论基础。

为了实现建材行业的“碳达峰、碳中和”目标，使用工业钙质原料和硅质原料在1 350 ℃制备了一种低钙固碳胶凝材料，研究了不同CO2浓度养护对低钙固碳胶凝材料碳化程度和碳化后性能的影响，并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试手段进行了低钙固碳胶凝材料碳化后的产物分析、微观分析和机理分析。结果表明，随着CO2浓度的提高，低钙固碳胶凝材料的碳化程度和抗压强度显著提高，当CO2浓度为99.99%（体积分数）时，低钙固碳胶凝材料碳化8 h后的抗压强度为132.2 MPa，与CO2浓度为25%时相比，抗压强度提高了260%。