本发明公开了一种可实现离子液体高纯回收的二氧化碳捕集无水相变体系及应用，该无水相变体系由伯胺、有机溶剂和离子液体构成，伯胺指浓度控制在30wt％的单乙醇胺，有机溶剂指正丁醇，离子液体指1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸或1‑丁基3‑甲基咪唑六氟磷酸，无水相变体系在吸收二氧化碳前保持均相，吸收二氧化碳后分成CO2富相、有机贫相和离子液体相。CO2富相通过高温加热方式再生，有机贫相和离子液体相与再生后的富相一起参与下一次吸收或直接回收。本发明的二氧化碳捕集无水相变体系克服传统无水相变吸收剂吸收负载低的问题，可以实现分相以降低再生能耗的目的，还有效解决离子液体高纯回收的难题，具有广泛的应用前景。