围绕石油化学工业和环境保护领域急需研究解决小分子碳氢化合物分离、CO₂捕获和挥发性有机化合物VOCs的污染治理的重要需求,本文主要研制几类新型的多孔碳基吸附材料,研究其孔隙结构和表面化学对这些气体吸附分离性能的影响规律。本论文的研究内容属于化学工程、材料工程和表面科学相互交叉的研究领域,具有重要的科学研究价值和实际意义。本文研究制备了新型多巴胺基多孔碳材料C-PDAs及其对乙烯乙烷的吸附分离性能。所制备得到的C-PDAs材料展现出优先吸附乙烷的性质,吸附量高达7.93 mmol/g（298 K）,是目前国际上对乙烷吸附量最高的吸附剂之一,其对C₂H₆/C₂H₄（1:9,v/v）的选择性可高达7.94,远远高于目前报道的大部分优先吸附乙烷吸附剂的选择性。DFT计算揭示了C-PDAs上的N/O官能团与乙烷之间较强的静电相互作用力是材料优先吸附乙烷的主要因素。本文研究了MGAs碳材料制备及其孔结构和表面基团协同增强分离乙烯乙烷机理。选择了氨基葡萄糖为碳源,制备出氨基葡萄糖基多孔碳材料（MGAs）,对其进行表征和性能测定。所制备得到的MGAs材料具有丰富的超微孔结构以及N/O表面官能团,在常温常压下的乙烷吸附容量高达7.6 mmol/g,且对C₂H₆/C₂H₄（1:1,v/v）的选择性可达6.8。应用DFT计算,阐明表面N/O官能团与6-10?孔道的协同作用是提高MGAs材料对C₂H₆/C₂H₄吸附分离选择性的关键。固定床透过实验表明:使用MGAs材料可以实现在室温下完全分离乙烷和乙烯,MGAs材料具有很好的实际应用前景。本文研究了系列葡萄糖基碳材料Glc-Cs在较大压力范围内对二氧化碳的吸附捕获性能。所制得的Glc-C700-3材料具有丰富的微孔结构,在常温常压下,对CO₂的吸附容量高达4.7 mmol/g,远高于绝大部分碳基吸附剂的吸附量;另外,所制得的Glc-C800-4材料比表面和总孔容分别高达3150 m²/g和2.05 cm³/g,在30 bar下,其对CO₂的吸附容量高达22.4 mmol/g,对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的分离选择性分别为20和4.5,优于传统的活性炭和大部分金属有机骨架材料。Glc-Cs具有良好的循环使用稳定性,且再生性能高达99%。本文研究了脲素改性淀粉基碳材料urea@Sta-Cs及其增强对二氧化碳吸附的机理。采用脲素对淀粉基多孔碳材料进行后改性,改性后的材料urea@Sta-Cs的表面含N官能团明显增加,在常温常压下对CO₂吸附量从4.2 mmol/g增加至4.8 mmol/g,而CO₂/CH₄选择性则从3.7提高到了4.5。改性后的材料不仅有良好的憎水性能,同时还表现出良好的循环再生性能。本文研究了聚多巴胺基碳材料C-PDAs在水蒸汽竞争吸附条件下对苯和甲苯的吸附分离性能。C-PDAs在室温条件下对苯和甲苯的吸附容量分别高达19.1和15.8mmol/g,处于目前国际上公开报道材料的先进水平前列。C-PDAs材料表现出良好的憎水性能,使得其在水蒸汽存在下依然展现出较高的C₆H₆/C₇H₈/H₂O（g）分离系数。本文应用吸附热差（DIH）方程计算选择性,结果显示:C-PDAs对C₆H₆/H₂O（g）和C₇H₈/H₂O（g）的分离选择性分别高达99和13.6,是一种可应用于治理VOCs污染极具潜力的新材料。