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金属一有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是近期出现的一种类沸石新型纳米多孔材料,它具有种类多样性、高比表面积及良好的热稳定性、结构可设计性与可调控性等优点。目前该材料已成为材料领域的一个研究前沿与热点话题,独特的结构特征使其在储气、分离、催化、生物化学及制药等领域具有广阔的潜在的应用价值。本论文首先提出了一种基于纳米多孔材料中的吸附热力学阶梯现象(thermodynamic stepped behavior)对混合物进行分离的新型方法。在研究中选择了五种具有不同孔径但具有相同化学组成的IRMOF材料(即IRMOFs-8,-10,-12,-14和－16)作为MOF材料的典型代表,采用GCMC模拟方法,系统地研究了CO2/N2混合物(摩尔组成15：85)在材料中的分离行为,并探索了其潜在机理。研究结果表明,吸附曲线中出现的阶梯现象可以极大地提高MOF材料对混合物中CO2气体的分离选择性。通过分析体系中流体-流体以及流体-MOF材料之间的各种相互作用以及两组分之间的吸附热之差随压力的变化关系,发现这种阶梯现象主要是由于CO2分子之间的静电力相互作用所导致,从而使得材料对CO2/N2混合物中CO2的分离选择性急剧升高。此外,研究结果还发现这种阶梯现象受到材料孔径和温度的极大影响。在此基础上,我们选择以IRMOF-16为母体材料,通过用四个O-Li基团分别取代其有机配体上的H原子,设计了一种锂改性金属一有机骨架材料IRMOF-16-4Li,发现此改性材料不仅可以降低阶梯现象发生时的压力点,而且还可以进一步提高MOF材料对CO2/N2混合物的分离选择性。因此,这种利用阶梯现象对混合物进行分离的方法,不仅能够提高混合物的分离选择性,获得了良好的分离效果,而且为吸附分离技术提供了一种可靠有用的方法。此外,本论文还简单地计算了298 K下ZIF系列材料对SO2纯组分的吸附行为以及SO2/CO2混合物在ZIFs中的分离行为。对于ZIF材料,研究结果表明材料表面上官能团对纯组分吸附及混合物分离的影响要比材料孔径的影响大得多；在相同的压力下,SO2/CO2混合物中SO2的摩尔组成越小,其在ZIF材料中的分离选择性就越高。