多孔材料作为一种性能优越的功能结构材料,最大的特点是具有大量的孔隙结构,表征该孔隙结构是进行多孔材料研究和应用的重要内容之一。最成熟的方法,即77K N2吸附法,由于低温条件下N2分子的扩散受限问题而不能用于表征微孔结构,因此寻找一种新方法准确表征多孔材料微孔结构性能具有重要的意义。炭分子筛属于孔隙结构为双峰孔径分布的炭材料,主要包含起通道作用的大孔和孔口呈分子尺寸、孔径分布狭窄均一的超微孔,广泛应用于动力学选择性分离气体混合物,最常用于分离O2和N2。而在炭分子筛生产工艺中,至今无法实现原位控制超微孔孔结构调节反应的终点,需要在反应中途将设备停火、降温并取样进行变压吸附空分实验来判断该样品孔结构是否符合空分要求,不符合则需要反复升温降温、取样检测,这样严重降低产品的生产效率,增加生产成本和能耗。本文借鉴吸液驱气法和常温气体吸附法的主要思想,自主设计、搭建恒容吸液驱气装置,在常温常压条件下分别进行炭分子筛吸水驱O2和N2实验。借助准二级动力学(PSO)模型、直线推动力(LDF)模型及费克(Fick)定律对吸水驱气动力学曲线进行模拟,探究吸水驱气动力学机制,进而有效判断炭分子筛的微孔孔口尺寸相对大小和分布均匀性,建立一种简单、快速的原位检测炭分子筛孔结构和空分性能的方法,用于指导空分用炭分子筛的制备。通过对炭分子筛微结构的表征,发现其孔隙结构特性对吸水驱气动力学和热力学性能起着决定性作用。吸液驱气动力学模拟结果表明,根据速率控制步骤的不同,炭分子筛吸水驱气过程可以划分为两大阶段。在反应前期,该过程主要发生在孔口较窄的超微孔中,驱气速率主要受气体分子孔口扩散阻力控制；在反应后期,水分子逐渐进入孔口较大的超微孔中,水分子表面吸附成为主要的速率控制过程。随着超微孔孔口尺寸的增加,孔口扩散阻力越来越小,第二阶段持续时间越来越长；同时,气体分子尺寸的差异导致其受到的孔口扩散阻力不同,对应的吸水驱气动力学不同。因此,炭分子筛吸水驱气动力学主要取决于超微孔孔口尺寸和气体分子尺寸的相对大小。接着,在动力学研究的基础之上,引入O2/N2动力学选择性系数K,用于确定炭分子筛微孔孔口尺寸相对大小及分布均匀性,进而评价炭分子筛变压吸附气体分离性能。研究表明,当K值等于0时,炭分子筛的超微孔孔口尺寸大小分布最适中,适用于空分制氮工艺;随着K值逐渐偏离0,超微孔孔口尺寸偏大或者偏小,空分制氮效果越来越差。