煤层瓦斯气体中常因含有CO₂等其他气体而无法使用甚至带来安全隐患。为寻求一种高效分离煤层气中CO₂气体以提高瓦斯利用率的新途径,本文通过炭化有机盐、氮掺杂方法制备一种对CO₂/CH₄具有高吸附性能、高分离性能的炭材料。本文通过炭化有机盐,并采用三种胺浸渍和氮掺杂四种改性方法,通过表征考察了物理结构和化学表面性质,在吸附CO₂/CH₄气体方面进行了初步实验,并通过Material Studio分子模拟软件探索炭材料吸附分离瓦斯中CO₂的机理,为分离瓦斯中CO₂,提高瓦斯利用效率方面提供了重要的基础数据。主要研究内容如下:（1）通过扫描电镜、透射电镜表征可知,制备的炭材料具有发达的孔结构、‘沙漠玫瑰’状的外观结构;通过XRD和Raman测试可知炭材料具有带表面缺陷位的低石墨化的微观构造,通过红外和热重测试可知胺基有效负载在炭材料上;通过氮气等温吸附测试表明炭材料具有高比表面积(937-1373m²·g^-1)、丰富的微孔孔道结构(孔容0.43-2.25cm³·g^-1)以及较集中的孔径分布等特性;通过氮原子的掺杂可缩小孔径（0.8nm到0.66nm）,而胺浸渍会产生扩孔的效果（1.93nm到3.39nm）,得到不同孔结构的炭材料;（2）通过CO₂、CH₄气体吸附测试得到吸附量,采用Freundlich-Langmuir模型进行非线性拟合,结果表明,氮掺杂将炭材料的CO₂/CH₄气体选择吸附比值从2.56倍提高至5.65倍,CO₂/CH₄吸附分离系数α从3.82提高至7.81;四乙烯五胺（TEPA）浸渍的炭材料的CO₂/CH₄气体选择吸附比值从2.01倍提高至5倍,CO₂/CH₄吸附分离系数α从1.82提高至2.47;三乙烯四胺（PEI）浸渍的炭材料的CO₂/CH₄气体选择吸附比值提高至4.61倍,CO₂/CH₄吸附分离系数α从1.82提高至4.24;APTS胺浸渍的炭材料的CO₂/CH₄气体选择吸附比值提高至2.53倍,CO₂/CH₄吸附分离系数α提高从1.82至2.18。（3）结合Freundlich-Langmuir模型和理想溶液吸附理论（IAST）,建立二元气体的选择吸附体系,通过Matlab计算得出不同压力下的炭材料气体选择吸附性;计算结果表明,CNK750-4表现出良好的CO₂/CH₄气体吸附选择性,且随压力增大而增大。（4）运用Materials Studio分子模拟软件考察了化学活性对炭材料吸附分离瓦斯中CO₂的影响。采用吸附模块和密度泛函数计算,得到吸附等温线。并通过吸附能分析改性对选择性吸附的影响。模拟结果表明,改性前的炭材料主要取决于范德华力,改性后的炭材料的吸附静电力增大,成键能、键角能、弯曲能都发现改变,对CO₂产生更大的吸附亲和力;而对CH₄气体分子由于缺乏相应的特殊活性位,对CH₄的吸附亲和力随之减弱。