煤层气是一种非常规天然气,其主要成分是甲烷(CH₄),同时含有大量CO₂和N₂。煤层气中的CH₄是一种优质的清洁燃料,同时也是影响煤矿开采的有害气体之一,易是造成大气温室效应的重要有害源。低浓度煤层气的直接排放,不仅造成能源的浪费,也产生了严重的安全和环境问题。变压吸附(PSA)技术是对低浓度煤层气进行CO₂/CH₄/N₂分离和CH₄富集的有效方法。本文以葡萄糖为碳源,采用不同的合成路线,制备出性能优异的多孔叠层碳片和氮掺杂多孔碳球,用于CO₂/CH₄/N₂吸附分离研究,具体内容如下:(1)以葡萄糖溶液为原料,草酸钾为活化剂,采用糖胶法制备具有高比表面积的多孔叠层碳片。所制备AJPs在25℃,1 bar条件下,对CO₂、CH₄和N₂吸附量分别为4.07 mmol·g^-1,1.81 mmol·g^-1和0.59 mmol·g^-1。根据理想吸附溶液理论(IAST)理论,预测二元混合气体CH₄/N₂和CO₂/CH₄的选择分离系数。在25℃和1 bar条件下,AJPs对二元气体组分CH₄/N₂(混合比列30/70)和CO₂/CH₄(混合比列10/90)的选择系数分别可达4.6和4.13。(2)以生物质葡萄糖为原料,通过水热碳化、CO₂活化和尿素处理,制备了氮掺杂多孔碳球。ACSs-N的比表面积为697 m²·g^-1,氮含量为6.5 wt%。在25℃,1 bar条件下,对CO₂、CH₄和N₂吸附量分别为3.03 mmol·g^-1,1.30 mmol·g^-1和0.40mmol·g^-1。根据理想吸附溶液理论(IAST)理论,预测二元混合气体CH₄/N₂和CO₂/CH₄的选择分离系数。在25℃和1 bar条件下,ACSs-N对二元气体组分CH₄/N₂(混合比列30/70)和CO₂/CH₄(混合比列10/90)的选择性分别高达为4.9和7.26。