贵州省煤层气储量丰富,占全国第二,但由于煤层气中CH4浓度普遍低于30%,不能直接利用,大部分排空,造成环境污染和能源浪费。为提高低浓度煤层气的利用率,必须对煤层气CH4进行分离富集,提高CH4浓度。目前,较适用于贵州低浓度煤层气CH4分离富集的方法为真空变压吸附分离技术（VPSA）,吸附剂是该技术实现工业化的关键。活性炭由于具有较高的比表面积、丰富的微孔孔容,较好的机械/热稳定性,使其在气体分离领域得到广泛的应用,但其应用于低浓度煤层气CH4分离富集存在孔径分布杂乱、微孔孔容较低、表面吸附位点较弱等缺点,导致煤层气中CH4分离富集效果较差。为提高活性炭在煤层气CH4分离富集的效果,本文利用金属离子、壳聚糖/纤维素改性活性炭,利用壳聚糖气凝胶、Mg O模板法制备多孔活性炭,利用N2吸附/脱附等温线分析活性炭的孔结构和比表面积,FTIR和Boehm滴定分析活性炭表面基团含量及组成,SEM分析活性炭表面形貌,并利用动态煤层气CH4、静态CH4/N2吸附实验评价吸附剂对煤层气CH4的分离富集性能,研究研制活性炭孔结构和表面化学性质对煤层气CH4吸附性能的影响。研究内容及结果如下:研究金属离子Ni3+、Mg2+、Cu2+、Fe3+和Al3+改性活性炭对其分离富集煤层气CH4性能的影响。通过响应面优化实验确定硝酸镍改性活性炭的最优工艺条件为:硝酸镍浓度0.21 mol/L、活化温度730℃、活化时间67 min、氮气保护氛围下活化焙烧。以该工艺条件制备改性活性炭并进行甲烷吸附动态试验,甲烷的动态储量达到58.05m L/g。响应面模型优化值515.445 s与实际值550 s相近,表示该模型对改性活性炭吸附低浓度煤层气中甲烷的工艺优化具有一定的实际应用价值。研究壳聚糖（CS）和纤维素（CMC）改性活性炭对其分离富集煤层气CH4性能的影响。考察CS和CMC不同负载量对CH4的吸附性能影响,其中CS-CMC（5%）/AC对CH4的静态吸附量为1.75 mmol·/g,是原始AC的1.87倍,其对CH4的动态吸附量为33.98m L/g,相对于原始AC增加了85.27%,并且其对CH4/N2的分离系数为4.97,是原始AC的1.81倍,选择吸附效果明显。研究以壳聚糖（CS）为主要原材料采用溶胶凝胶法制备的气凝胶活性炭对分离富集煤层气CH4性能的影响。结果表明,当工艺条件为:活化温度700℃,活化时间60min,KOH与炭化气凝胶比值为2:1时,制备的QAC-2气凝胶活性炭对CH4具有较大的吸附储量,为57.63 m L/g,其吸附甲烷动态穿透时间达546 s,吸附储存甲烷效果优越,且该气凝胶活性炭具有合理的孔隙结构,为微介孔活性炭材料。研究Mg O模板法制备改性活性炭对其分离富集煤层气CH4性能的影响。结果表明:在活化温度为700℃,所制备的活性炭对低浓度煤层气中CH4的吸附量具有明显的吸附效果;不同氧化镁的前驱体和炭前体的配比,所制备活性炭样品具有不同的比表面积和孔道结构,其对低浓度煤层气中CH4的吸附量也存在较大差异,其中,Mg O（2/8/4）活性炭样品,其比表面积最大,为1926.27 m~2/g,对甲烷的动态和静态吸附性能优越,对CH4/N2的分离因子也高达7.25,有利于对甲烷的选择吸附储存。