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随着工业的发展,世界能源危机加剧,开发新能源成为了当今主要任务之一,如氢能、沼气等。CH4来源广泛,是天然气、沼气、垃圾填埋气及煤层气的主要成分,但CO2常与其共存。同时,大气“温室效应”与地球变暖是21世纪人类面临的最大环境问题。目前,人类消耗能源过程中产生并排放的大量CO2是导致该现象的主要原因之一。此外,CH4排放也对温室效应有很大影响。CO2/CH4共存体系中,CO2影响了CH4的燃烧效果,同时对运输管路造成腐蚀。从保护环境和节约能源的角度来看,对CO2/CH4进行分离回收和利用是非常必要的。本课题针对活性炭纤维具备的特有性质,以活性炭纤维(ACF)为载体,负载不同金属,并优化吸附剂制备过程中温度、浓度等条件,筛选出了较优的活性组分和制备条件。此外,优化了利于CO2/CH4吸附分离的操作条件,并分析比较了三种方法对吸附剂进行再生的吸附性能影响。研制出对CO2/CH4吸附选择性高、稳定性及再生性好的高效吸附剂。最后,通过BET、XRD和热重等表征方式,结合热力学和动力学,对CO2和CH4改性活性炭纤维上的吸附分离机理进行了分析,为沼气、天然气等的高效净化提供了理论依据。主要研究内容：(1)以不同碱土金属和碱金属离子为活性组分,采用浸渍法制备了一系列改性ACF吸附剂,用于研究CH4和C02的吸附分离性能。分别考察了不同价态的活性组分、活性组分前驱体、活性组分浓度、焙烧温度、吸附温度等制备条件的影响。结果表明,最佳制备条件为：在温度为298K时,0.3mol/L K2CO3浸渍、焙烧温度500-600℃条件下,CO2和CH4的吸附分离效果最佳,C02吸附量为4.33mol/L,分离因子最高为3.78。(2)其次,对实验条件及再生性能进行了研究。首先,从实验温度以及水含量两方面进行考察。结果表明：较低的吸附温度有利于气体的吸附分离；同时,当活性炭纤维含水量为4.58%时,有利于对C02的吸附,也就是促进了CO2/CH4的分离。选择了三种再生方式进行研究,分别为水洗再生、碱煮再生和加热再生。研究结果表明,加热再生的再生性能优于水洗和碱煮再生性能。加热再生方式操作方便、再生后吸附剂的分离因子较高,说明用此方式可以使吸附剂最大限度的保留其吸附性能。(3)在298K、308K和323K下,通过静态吸附装置实验分别测定了单组份CO2和CH4在ACF和K2CO3-ACF上的吸附等温线,利用Langmuir和Freundlich方程进行了拟合,运用亨利常数方程计算了CO2、CH4分别与ACF、K2CO3-ACF之间的吸附作用力大小,通过对热力学参数(吉布斯自由能变,熵变和焓变)的计算了解其在ACF和K2CO3-ACF上的吸附行为。结果表明：Freundlich方程拟合度最佳；CO2和CH4在ACF和K2CO3-ACF上的吸附作用力大小顺序均为：CO2>CH4。CO2较CH4易吸附到ACF表面。从吸附热结果分析得出,K2CO3-ACF吸附剂表面的能量不均匀。同时,对于CH4来说,在吸附剂上的吸附为物理吸附；而CO2在碳酸钾改性的吸附剂上既存在物理吸附又存在化学吸附。基于吸附热的分析结果,结合XRD、热重等表征进一步分析了CO2、CH4在K2CO3-ACF吸附剂上的吸附机理：CO2、K2CO3和H20发生了反应,生成了KHCO3,金属氧化物氧化钾和CO2反应生成K2CO3。