多孔炭材料作为吸附剂中重要的一类,在烟气捕获二氧化碳,有机废气净化,工业废水回收有机物等领域应用广泛。然而相较于沸石等晶态吸附材料,大部分炭材料没有固定的元素组成和内部构造,加之对于微纳米材料的表征手段的局限性,运用计算机研究介、微尺度界面吸附的分子模拟技术对微孔炭材料的研究具有不可替代的优势。一般工业上使用的生物质活性炭,来源自自然界的有机质部分炭化而成,因而属于极性吸附剂,这就导致在分离气体过程中经常被原料气中的水蒸气侵占了吸附空间,降低了产品气的纯度,影响了吸附剂的寿命,因此非常有必要研究提升活性炭的疏水性能。本文从实验和模拟两个方面研究了碳材料吸附水蒸气。实验方面,研究了对活性炭材料的疏水化处理的方法,针对反应现象进行了解释。模拟方面,选用碳圆盘模型,借助Gaussian和Materials studio等软件构建了多孔碳碳模型,通过软件和代码分析其合理性。针对其不同的几何性质、化学性质,对模型上水蒸气单质的吸附,以及无水烟气和含水烟气的分离性能进行了多层次的研究。本文的实验方面,成功制备了具有疏水性的活性炭,并且解释了疏水性能的来源。模拟阶段,本文建立的四种碳模型,对水分子的吸附等温线和水分子O-O径向分布函数解释了水蒸气吸附的机理。对无水和含水烟气进行了吸附分离,分析数据得知,想要提升活性炭对二氧化碳的吸附性能,应该对活性炭进行适当的氧化和疏水化,以提高二氧化碳与氮气的分离系数,并构造介孔-微孔结构,以相对提高二氧化碳的扩散系数,从而降低达到吸附平衡的时间。