低碳烃分离是石油化工行业最为重要的过程之一,当前分离方法主要是低温精馏,这一技术存在能耗高的缺点。金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs）可以实现常温下的低碳烃吸附分离,是一种节能型吸附剂材料。目前,只有少部分MOF材料表现出优异的低碳烃吸附分离性能,亟需寻找合适的孔道表面改性方法,提高材料的吸附分离性能。此外,由于MOF材料种类多样,应当开展高通量筛选研究,快速找到目标材料,提高研发效率。本文采用从头算方法研究了22种杂环对CH4、C2H6、C2H4、C2H2的吸附构型,剖析了不同构型下的能量组成。在杂环与CH4、C2H6的吸附体系中起主要作用的是色散力,而杂环与C2H4、C2H2的吸附体系中起主要作用的是静电力。应用GCMC模拟计算了杂环改性后Ui O-67材料对C2/C1低碳烃的分离性能,结果表明1,2,3-triazole改性对材料的C2H2吸附分离性能促进作用最大,而Imidazole改性则对材料用于C2H4/CH4和C2H6/CH4分离最为有利。此外,含氮杂环与低碳烃分子之间的作用较强,说明富氮MOF材料在低碳烃吸附分离方面更具优势。杂环与低碳烃之间相互作用较为温和,导致选择性较低,不适用于获得高纯度低碳烃的分离过程。为此,提出了螯合氟化锌的改性方式,氟化锌团簇对C2H2有较强的相互作用,可以大幅提高MOF材料对含C2H2的混合气体,如C2H2/C2H4,C2H2/C2H6,C2H2/CH4,C2H2/CO,C2H2/H2的吸附选择性,达到改性前的10-100倍。吸附构型分析表明,螯合氟化锌后,低碳烃优先吸附位点从金属团簇附近转移至有机链上。此外,对不同浓度的气体吸附分析表明,螯合氟化锌的MOF材料更适合吸附C2H2/CO和C2H2/H2混合物中的少量C2H2气体,实现对C2H2的充分利用。阴离子柱杂化MOF材料是一类极具潜力的低碳烃分离材料,本文基于实验已报道的结构,建立了阴离子柱杂化MOF数据库。对数据库中所有MOFs的物理参数进行了计算与对比,发现通过替换不同的结构单元,可以对材料进行不同级别的物理参数调控。此外,计算了常温条件下MOFs对CH4,C2H4,C2H6,C3H6和C3H8吸附的亨利常数,大小顺序如下:C3H6≈C3H8＞C2H4≈C2H6＞CH4。含有不同碳原子数的低碳烃亨利常数差异较大,表明MOF材料更易实现碳原子数不同的低碳烃分离。基于阴离子柱杂化MOF材料数据库,采用工作能力和亨利选择性两种参数,对C2H6/C2H4、C3H8/C3H6、C2H4/CH4、C2H6/CH4、C3H6/C2H4和C3H8/C2H4六种混合气体分离进行了吸附剂的高通量筛选,并考察了材料结构与低碳烃分离之间的构效关系。发现MOFs的最大自由直径、比表面积、可占据孔隙率均存在临界值,大于临界值时,选择性随着参数的增大而减小,而小于临界值时则会导致分子筛效应。GCMC模拟研究表明SIFSIX-2-Ni-i（C3H6/C3H8）、ALFFIVE-3-Cd（C2H4/CH4）、SIFSIX-6-Cd-i（C2H6/CH4）、In FFIVE-5-Zn-i（C3H6/C2H4）和Ga FFIVE-5-Cd-i（C3H8/C2H4）性能优良,优于许多已报道的材料。