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全球能源的需求每年以1.7％的速度递增，化石类能源在能源结构中依然占据较大份额，高速的消耗加剧了能源利用的紧张局面，同时带来日益严重的环境问题。天然气、沼气等清洁能源的推广使用既可以缓解能源危机，又可以减轻环境污染、气候变化等问题。天然气主要成分为CH4(80～96vol.％)，同时还含有CO2(3～4vol.％)等杂质;沼气主要成分为CH4(40～75vol.％)、CO2(15～60vol.％);即使煤层气、填埋气含甲烷量(80～90vol.％)较高的气体依然含有CO2等杂质气体。酸性CO2气体的存在降低了热值，同时也会腐蚀管道，因此需要提纯除去混合气中的CO2，提高燃气的适用性和热值。 常用的提纯天然气、沼气的方法分为:低温分离法、化学吸收法、膜分离法、变压吸附法。低温分离法能耗较高;化学吸收法会腐蚀管道、再生能耗大;膜分离法尚处于小规模应用阶段;变压吸附法经济可行、环境友好广泛用于气体分离领域，吸附剂是变压吸附法的核心，传统上利用炭基材料、沸石进行变压吸附分离CH4/CO2，吸附剂的选取需要兼顾高吸附容量、高选择性、低耗再生、化学与物理稳定性等特点，现有的吸附剂材料很难同时兼具以上几点。因此开发新型的高吸附容量、高选择性、高稳定性、低耗再生能力强的吸附剂，是解决吸附法分离CH4/CO2技术工业化的核心问题。 金属有机骨架材料(MOFs)拥有新颖的结构、独特性能得到广泛关注，并且可以兼顾以上优点。其中，MIL-101孔隙率高、稳定性好、制备简单，是理想的气体吸附分离材料。由于CO2相比于CH4拥有较大的四极矩，因而CO2有更大的极化率，为了提升CH4/CO2吸附分离性能，通常在材料中引入亲CO2组分改性，因此在MOFs材料中引入碱性位，增加孔道极性，可以提升CO2吸附能力，实现CH4/CO2分离。所以本文利用氨基改性MIL-101(Cr)材料并对其CH4/CO2吸附分离性能进行研究。 首先，考察二乙烯三胺(DETA)、四乙烯五胺(TEPA)、聚乙烯亚胺(PEI)三种多胺有机物改性MIL-101(Cr)，并通过X射线衍射分析、比表面积与孔隙分析研究氨基改性MIL-101(Cr)吸附剂的结构特征。结果表明，由于二乙烯三胺具有强碱性及较强的配位能力，MIL-101-DETA系列吸附剂骨架结构发生分解;然后利用四乙烯五胺改性MIL-101(Cr)，四乙烯五胺碱性及配位能力稍低，当引入四乙烯五胺量较少时，MIL-101-TEPA-50、MIL-101-TEPA-70骨架结构保持较好，但引入的四乙烯五胺含量较多时则会破坏骨架结构;最后利用聚乙烯亚胺改性MIL-101(Cr)，随着聚乙烯亚胺含量的增加，MIL-101-PEI系列吸附剂的骨架结构都能够很好地保持。对于四乙烯五胺、聚乙烯亚胺改性MIL-101(Cr)吸附剂，其骨架结构得以保持，因此进一步考察其对CH4/CO2吸附分离效果。 其次，测试四乙烯五胺改性MIL-101(Cr)吸附剂在1 bar、25℃下的CO2、 CH4吸附量。结果表明，低压下，氨基改性后的MIL-101(Cr)与CO2作用力显著增强，P=0.1bar时，MIL-101-TEPA-70的CO2吸附量由12.63cm3/g增加到36.37cm3/g，提升1.88倍;P=1bar时，CO2吸附量由50.56cm3/g增加到62.47cm3/g，提升24％，CH4吸附量则由10.62cm3/g下降为4.81cm3/g，降低55％，并用理想吸附溶液理论预测其吸附选择性，CH4/CO2吸附选择性由11增加到239，具有良好的CH4/CO2分离性能。CO2在80℃、真空下即可再生。 最后，测试聚乙烯亚胺改性MIL-101(Cr)吸附剂在1bar、25℃下的CO2、 CH4吸附量。结果表明，氨基改性后的MIL-101(Cr)与CO2作用力显著增强，MIL-101-PEI-70对CO2的吸附量由50.55cm3/g增加到89.43cm3/g，提升76％，而CH4吸附量则由10.62cm3/g下降为5.91cm3/g，降低44％，并用理想吸附溶液理论预测其吸附选择性，CH4/CO2吸附选择性由11增加到255，具有良好的CH4/CO2分离性能。同时，CO2在80℃、真空下即可再生，脱附条件温和。