煤层气作为一种绿色清洁的低碳燃料成为我国乃至全世界重要的能源主体。煤层气除主要成分甲烷(CH₄)外还含有一定量的二氧化碳(CO₂)杂质气体,这不但降低煤层气的燃烧热值,在运输时还会腐蚀管道。因此,低质量煤层气升级必然要求是从CH₄中分离CO₂。本文在对原煤活化处理基础上,通过N掺杂、S掺杂以及N-S共掺杂对其进行改性处理,所制备的改性煤基多孔碳作为吸附剂,用于CO₂捕集和CO₂/CH₄吸附分离研究,主要研究内容及结论如下:(1)通过KOH活化和尿素改性,制备出具有高比表面积、理想孔道结构、N-修饰的煤基多孔碳。通过亨利常数预测NAPC-4对混合气体CO₂/CH₄分离系数可达5.77。同时,根据理想吸附溶液理论(IAST)理论计算在25°C、1 bar条件下,NAPC-4对CO₂/CH₄二元混合气体(混合比例为15/85)的分离选择性高达8.17,但是其CO₂捕集能力不突出。(2)为需求新的杂原子改性,本文采用环境友好的硫代硫酸钠作为S源,经KOH活化,制备出一系列高比表面积、S掺杂的煤基多孔碳。通过亨利常数预测SAPC-2对CO₂/CH₄吸附分离系数为2.68。同时,根据IAST理论计算在25°C、1bar条件下,SAPC-2对CO₂/CH₄二元混合气体(混合比例为15/85),分离性能可达4.46。(3)以所制备的S掺杂前驱体为原料,选择腐蚀性小的氨基钠作为活化剂和N源,利用一步法制备N-S共掺杂煤基多孔碳。通过亨利常数预测SNAPC-2对CO₂/CH₄吸附分离系数为4.83。同时,根据IAST理论计算在25°C、1 bar条件下,SNAPC-2对CO₂/CH₄二元混合气体(混合比例为15/85)吸附分离性能为6.73,同时拥有高CO₂捕集能力和CO₂/CH₄分离能力。