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随着核工业的发展，14CH4的排放量日益增多，由于放射性元素14C具有半衰期长的特点，使其对环境造成的放射性污染更为持久，而选取合适的14CH4存储方法是目前较为可行的方法之一。本文基于计算化学研究方法，深入探讨了14CH4在金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)上的吸附分离及扩散行为研究，并进行了MOFs材料的合成研究。
采用分子模拟(GCMS)的方法，模拟分析了HKUST-1、PCN-14和Ni-PCN-14在14CH4吸附存储性能及含14CH4混合气体的吸附分离性能上的差异。结果表明，三种MOFs材料在298K、3.5MPa条件下对14CH4吸附量由大到小的顺序为Ni-PCN-14（11.46mmol/g）＞HKUST-1(10.38mmol/g)＞PCN-14(9.54mmol/g);14CH4/N2混合气中、14CH4吸附选择性由大到小的次序为Ni-PCN-14＞PCN-14＞HKUST-1。14CH4/N2混合气选择分离中，14CH4浓度的变化对其吸附选择性影响不大，但吸附温度的增加将导致14CH4吸附选择性的降低。
采用动力学模拟(MD)的方法，系统研究了HKUST-1、PCN-14和Ni-PCN-14材料上的14CH4和14CH4/CO2体系的扩散行为。结果表明，MOFs材料上的14CH4自扩散系数随压力的增大呈线逐步降低的趋势，不同材料上的自扩散系数由大到小的次序为HKUST-1＞PCN-14＞Ni-PCN-14，这与材料本身的限制性孔径大小相一致。14CH4/CO2混合体系中，CO2在MOFs材料上具有更大的内扩散阻力，导致扩散分离效率偏低，因而，采用MOFs材料进行14CH4/CO2混合体系的动力学分离并不十分有利。径向分布函数分析结果表明，有机配体结构和孔道结构的改变将导致金属簇中心原子对14CH4结合能力的变化。
采用溶剂热法成功合成了HKUST-1和PCN-14两种MOFs材料。依据XRD表征分析进行的晶胞参数计算结果表明，所合成MOFs样品的晶胞参数与计算模型的晶胞参数相符合。
采用分子模拟(GCMS)的方法，模拟分析了HKUST-1、PCN-14和Ni-PCN-14在14CH4吸附存储性能及含14CH4混合气体的吸附分离性能上的差异。结果表明，三种MOFs材料在298K、3.5MPa条件下对14CH4吸附量由大到小的顺序为Ni-PCN-14（11.46mmol/g）＞HKUST-1(10.38mmol/g)＞PCN-14(9.54mmol/g);14CH4/N2混合气中、14CH4吸附选择性由大到小的次序为Ni-PCN-14＞PCN-14＞HKUST-1。14CH4/N2混合气选择分离中，14CH4浓度的变化对其吸附选择性影响不大，但吸附温度的增加将导致14CH4吸附选择性的降低。
采用动力学模拟(MD)的方法，系统研究了HKUST-1、PCN-14和Ni-PCN-14材料上的14CH4和14CH4/CO2体系的扩散行为。结果表明，MOFs材料上的14CH4自扩散系数随压力的增大呈线逐步降低的趋势，不同材料上的自扩散系数由大到小的次序为HKUST-1＞PCN-14＞Ni-PCN-14，这与材料本身的限制性孔径大小相一致。14CH4/CO2混合体系中，CO2在MOFs材料上具有更大的内扩散阻力，导致扩散分离效率偏低，因而，采用MOFs材料进行14CH4/CO2混合体系的动力学分离并不十分有利。径向分布函数分析结果表明，有机配体结构和孔道结构的改变将导致金属簇中心原子对14CH4结合能力的变化。
采用溶剂热法成功合成了HKUST-1和PCN-14两种MOFs材料。依据XRD表征分析进行的晶胞参数计算结果表明，所合成MOFs样品的晶胞参数与计算模型的晶胞参数相符合。