煤层气中的甲烷(CH4)是一种清洁能源与重要的化工原料，但也是一种主要的温室气体与煤矿安全事故的重要隐患。对煤层气的综合开发利用，有利于改善和优化能源结构、保障煤矿安全生产、减少大气污染。煤层气利用的关键是甲烷的浓缩与净化。抽采煤层气的主要成分是甲烷、氮气(N2)、氧气(O2)，由于氮气和甲烷的性质相似而成为最难分离的成份，因此CH4/N2的分离是煤层气浓缩的最为关键技术。采用变压吸附(PSA)技术分离浓缩CH4/N2中的CH4，其关键是吸附剂。
　　 论文以廉价的烟煤与无烟煤为原料，制备了浓缩CH4/N2中CH4的活性炭吸附剂，系统的研究了制备工艺及对应条件参数，并对活性炭PSA浓缩CH4/N2中的CH4性能进行了研究。研究了制备的活性炭的吸附选择性及其微结构。自行研制了一套PSA分离性能测试装置，该实验装置不仅可用于吸附剂分离性能的测试，还可用于多组分气体PSA分离过程以及渗流过程的研究。
　　 采用了碳化-活化、碳化-沉积、碳化-活化-沉积以及空气预氧化等工艺制备了活性炭吸附剂，详细讨论了碳化温度、碳化时间、活化温度、活化时间、沉积温度、沉积时间以及空气预氧化温度和预氧化时间等工艺条件参数对吸附剂分离效果的影响。制备的活性炭对CH4表现出吸附选择性，因此，采用制各的活性炭PSA分离浓缩CH4/N2中的CH4是基于平衡分离原理。实验结果表明：无烟煤较烟煤制备的活性炭分离效果好，采用空气预氧化-碳化工艺，以无烟煤为原料制备的活性炭其分离系数aCH4/N2达3.41，在单循环五步PSA过程的抽真空步骤CH4浓度可提高30.0％，CH4回收率可达29.1％，其制备条件为预氧化温度430℃、预氧化时间1h、碳化温度950℃、碳化时间2h。以烟煤为原料，采用碳化-活化-气相沉积工艺制备的活性炭，在单循环五步PSA过程的抽真空步骤CH4浓度可提高20.0％，其对应制备条件为碳化温度800℃、碳化时间1～2h、活化温度800～850℃、活化时间1～2h、沉积温度775℃、沉积时间0.5h、苯用量为30ml。
　　 研究表明对于烟煤，活化与碳沉积过程是关键步骤，其中活化温度与沉积温度因素最为重要，而碳化过程影响相对次要；对于无烟煤，碳化与活化过程是关键步骤，碳沉积过程可不采用，其中碳化温度与活化温度因素最为重要。
　　 CH4/N2分离效果最好的活性炭吸附剂比表面积为562m2/g，微孔孔容达0.25cm3/g，微孔孔径分布主要集中在10(A)以下，以5～6(A)的孔占多数。分析结果表明影响分离效果最关键的因素是吸附剂的微孔孔容或中孔孔容，其次是微孔孔径大小，比表面积影响稍小；当微孔孔容大或中孔孔容小、微孔孔径较大时，分离效果较好。分离效果较好的吸附剂具有表面含氧官能团数目多、空间取向性差等特点。