低浓煤层气中CH₄的富集回收利用,CH₄/N₂的分离是关键。高效节能的吸附分离法,其关键因素是CH₄/N₂高效吸附剂的制备。沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）是一类具有沸石拓扑结构的金属有机骨架材料（MOFs）。ZIFs材料结合了沸石和MOFs这两种材料的优点:高的稳定性以及结构和功能的可调性,已广泛应用于吸附分离、催化等领域的研究。而ZIFs结构中咪唑环上的取代基团种类和位置的变化可能提高ZIFs材料对CH₄/N₂的吸附分离选择性。本论文致力于通过所合成ZIFs材料的咪唑配体中的基团的种类和取代位置的变化与其对CH₄/N₂的吸附选择性关系,优选出提高ZIFs材料CH₄/N₂的吸附选择性的咪唑衍生物,合成出性能优良的ZIFs材料。在获得比较高的吸附选择性的材料之后,开展CH₄/N₂混合气分离的测试。主要的研究内容和结论包括:1.本文首先通过咪唑配体引入不同基团种类（给电子基-CH₃,吸电子基-CHO）和取代位置（2位和4,5位取代）合成了五种典型的ZIFs材料:ZIF-8、ZIF-90、SIM-1、ZIF-93、ZIF-25,其中ZIF-8、ZIF-90和SIM-1是具有SOD拓扑结构的;ZIF-93和ZIF-25是具有RHO拓扑结构的,并通过PXRD、SEM、TG、FT-IR、N₂吸附-脱附等温线等手段对所合成的材料进行基本表征。2.考察了相同SOD拓扑结构而基团类型和位置不同的ZIFs材料:ZIF-8（2-甲基咪唑/Im-2CH₃）,ZIF-90（咪唑-2-甲醛/Im-2CHO）,SIM-1（5-甲基咪唑-4-甲醛/Im-4CHO-5CH₃）对CH₄的吸附量以及CH₄/N₂吸附分离选择性。结果显示:2位取代对称的ZIFs材料,吸电子基团（ZIF-90,-CHO）稍微优于给电子基团（ZIF-8,-CH₃）;而具有4,5位不对称取代基团的ZIFs材料（SIM-1）明显优于2位取代对称的ZIFs材料（ZIF-8和ZIF-90）,其中SIM-1材料在常温常压下对CH₄的吸附量为27.7 cm3/g,CH₄/N₂的吸附分离比为4.2,IAST理论计算了CH₄/N₂的吸附选择性为6.6,呈现出优异的CH₄/N₂吸附分离性能。3.具有不对称取代基团的ZIFs材料有利于提高CH₄的吸附量以及CH₄/N₂的吸附比和吸附选择性,接着考察具有不对称取代基团（Im-4CHO-5CH₃）而具有不同拓扑结构的两种材料SOD-SIM-1和RHO-ZIF-93,结果显示:具有6元环笼状（SOD）的SIM-1材料优于具有8元环笼状结构（RHO）的ZIF-93材料。4.鉴于CH₄/N₂吸附分离性能优异的SIM-1材料,对其进行了常温常压下的CH₄/N₂二元混气的固定床穿透分离性能测试,结果显示:N₂在360 s透出,CH₄在780 s时透过,穿透时间差为420 s,显示了很好的CH₄/N₂分离性能,并与经典的ZIF-8材料进行对比,在ZIF-8材料的穿透实验中,N₂在70 s时透出,CH₄在80 s时已经透出,穿透时间差仅为10 s。5.鉴于SIM-1材料优异的CH₄/N₂吸附分离性能,使用SIM-1材料的配体5-甲基咪唑-4-甲醛交换ZIF-8结构的2-甲基咪唑进行合成改性研究,获得了三种合成改性材料,研究其CH₄的吸附量以及CH₄/N₂吸附分离选择性。结果显示:通过交换合成改性后的材料,随着交换时间的增加,其结构中含目标配体（5-甲基咪唑-4-甲醛）的相对含量也在增加,其CH₄/N₂的吸附分离性能也在增加,其性能要优于ZIF-8,但没有超过SIM-1。