对CO2、 CH4分离的研究，不管是从工业应用角度还是从科学研究角度，都有很重要的意义。现有的分离方法主要有水洗法、深冷分离、吸收解吸工艺、膜分离工艺和变压吸附技术。变压吸附技术由于具有产品纯度高、能耗低、工艺流程简单等优点，已经广泛用于工业生产。其中工业应用的吸附材料主要是活性炭和分子筛，而近年来兴起的MOFs材料由于具有很高的CO2吸附容量，也越来越吸引人们的目光，但是，传统的碳基材料因其高水热稳定性、高化学稳定性、耐高温高压等优点仍被作为气体吸附剂的优选。　　评判吸附剂高效与否最重要的两个条件是吸附量和吸附选择性。吸附剂的选择性和吸附量与孔结构和吸附材料的化学成分非常相关。不同孔径、孔形状、非均一表面和不同操作条件下对含有CO2气体的吸附分离的实验研究工作已经开展了很多，但实验现象是不同尺度的复杂作用和复杂结构协同的结果，通过实验很难做到因素分离来研究不同影响因素具体是在什么情况下起作用的。通过基于分子水平的统计力学模拟方法最终得到宏观性质已成为除实验和理论外强有力的手段。与实验相比，分子模拟在体系选择和相关变量控制方面存在优势，而不必受实际实验条件的限制。巨正则系综蒙特卡罗模拟(Grand Canonical MonteCarlo,GCMC)被用来研究狭缝状碳孔中纯CH4和CO2和水的吸附。复杂碳孔（更真实的）碳纳米结构中上述纯物质的GCMC吸附也有开展。混合物的吸附模拟则较为少见，尽管已有学者对上述吸附质的混合物在狭缝碳孔的吸附展开了研究，但研究的广度和深度还不够。　　为了进一步研究各个因素的作用效果，本论文采用巨正则系综蒙特卡罗的模拟方法，系统研究CH4、CO2混合体系在不同碳质介孔模型中的吸附、分离，通过模拟不同孔径、孔形状、非均一表面和不同操作条件下CO2、CH4混合气体的吸附分离，得到CO2捕集分离的关键因素，从理论层面设计和预测适合CO2、CH4分离的材料结构特征。具体的模拟内容和结果如下:　　1)采用GCMC的方法研究了等摩尔CO2/CH4混合物在3种不同结构的碳材料:介孔碳(mesoporous carbons)，碳泡沫(carbon foams)，碳纳米管(carbonnanotubes)及其羧基改性下，不同压力和不同温度上的吸附。模拟结果显示三种未改性的材料中，碳泡沫由于它的特殊结构有最高的CO2吸附量，而碳纳米管有最高的CO2/CH4选择性。CO2/CH4的选择性在羧基修饰后被大大提高。未改性碳材料中，随着温度升高，CO2/CH4降低。但是在改性碳材料中，趋势完全相反，随着温度的升高，CO2/CH4的选择性相应升高。　　2)采用GCMC的方法研究了等摩尔CO2/CH4混合物在不同基团修饰的碳纳米管中的吸附，包括羧基、羰基、甲基、羟基。模拟结果显示不同改性基团与吸附质分子之间的作用力和改性后表面有效尺寸的变化协同影响了CO2/CH4的吸附行为。修饰基团的个数并不是越多越好，存在最优值。不同基团下的吸附量及吸附选择性告诉我们羰基改性材料可以作为日后设计吸附剂的参考，因为羰基改性的碳管中CO2的吸附量最大，且几乎没有CH4吸附。