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低碳烯烃/烷烃的分离是石油化工行业中十分重要且极具挑战性的分离过程。目前,工业上主要采用能耗极高的低温精馏法对烯烃/烷烃进行分离提纯。与之相比,吸附分离法因具有常温常压下即可实现烯烃/烷烃分离的优势而受到了广泛关注。吸附技术的核心是吸附剂,本文主要研究几种高稳定性的微孔金属-有机框架材料（MOFs）及其对C2H4/C2H6和C3H6/C3H8的吸附分离性能。结合分子模拟研究揭示MOFs材料表面孔隙结构和化学环境对客体分子吸附的作用机制,并基于热力学和动力学分离效应的协同作用实现C2H4/C2H6或C3H6/C3H8高效吸附分离。本文研究内容主要属于化学工程、材料化学及能源交叉领域,具有重要的科学研究价值的实际意义。优先吸附C2H6的吸附材料用于C2H4/C2H6吸附分离,可以简化吸附分离过程和降低能耗。本文研究制备出一种优先吸附C2H6的In-soc-MOF-1材料,在298 K和100k Pa时,该材料对C2H6和C2H4的吸附量分别为4.04 mmol/g和3.72 mmol/g,对C2H6/C2H4（1:15）混合气的IAST选择性为1.4。In-soc-MOF-1材料骨架与C2H6和C2H4分子间范德华相互作用强度大小的差异是其优先吸附C2H6性能的关键因素。研究制备出一种优先吸附C2H6的Ni-4Py C材料,在298 K和100 k Pa时,其C2H6和C2H4吸附量分别为3.84 mmol/g和3.55 mmol/g,其对C2H6/C2H4（1:15）混合气的选择性为1.7。此外,该材料在连续5次的C2H6/C2H4吸附透过实验中展现出优异的吸附分离性能和循环稳定性。分子模拟研究表明:在Ni-4Py C材料骨架中含有两种孔径的孔道结构（分别记为孔道I和孔道II）,其中,孔径更大的孔道II是其优先吸附C2H6的主要因素,这是由于在低中压范围内C2H6会与孔道II孔壁间形成更多的C-H···π弱相互作用力和更强的C-H···N氢键作用力,从而使其优先吸附C2H6。本文提出一种优先吸附C2H6的铁基MOFs材料对C2H6/C2H4的强化吸附分离策略,即通过增加材料表面金属位点的局部正电性并降低骨架中苯环的电荷密度（低极性的孔道）从而提高铁基MOFs材料对C2H6/C2H4吸附选择性。为了验证这一策略,本文设计合成了双金属系列PCN-250（Fe2M）（M=Fe,Co,Ni,Zn,Mn）材料,研究了不同金属引入对C2H6/C2H4吸附分离性能的影响。在298 K和100 k Pa时,5种材料的C2H6吸附量为:Fe2Co（6.21 mmol/g）>Fe2Ni（6.19 mmol/g）>Fe3（6.00 mmol/g）>Fe2Zn（5.95 mmol/g）>Fe2Mn（5.53 mmol/g）,均高于绝大多数已报道的优先吸附C2H6的MOFs材料。其中Fe2Zn的C2H6/C2H4选择性最高,为1.7。分子模拟研究表明,PCN-250系列材料C2H6/C2H4吸附分离性能的差异主要是由于不同金属M(M=Co2+,Ni2+,Zn2+,Mn2+)的引入会改变骨架各原子的局部电荷。与其它4个材料相比,当Zn2+被引入后,Fe2Zn骨架中苯环上各原子的电荷密度有所下降,削弱了其对C2H4的吸附作用力;此外,与母本材料相比,金属位点正电性的提高增强了其对C2H6的诱导极化作用,这使得PCN-250（Fe2Zn）的C2H6/C2H4分离选择性最佳。本文设计合成出一种兼具热力学和动力学双重吸附分离机制的Co-aip-bpy材料。在298 K和100 k Pa时,C3H6和C3H8吸附量分别为1.99 mmol/g和0.48 mmol/g,对等摩尔比C3H6/C3H8混合气分离选择性高达21,高于绝大多数已报道的MOFs材料。Co-aip-bpy材料与C3H6分子间π···π键和氢键等超分子相互作用是其对C3H6/C3H8热力学吸附分离性能的关键因素。此外,在其一维的“zigzag”形孔道中,分子尺寸更大的C3H8分子在孔道内的扩散阻力要大于C3H6,有利于C3H6和C3H8的动力学分离,在303 K时,该材料对C3H6/C3H8的动力学分离选择性为29.7。在连续5次的C3H6/C3H8混合气吸附透过实验中,该材料展现出优异的动态吸附分离性能和循环稳定性。此外,稳定性测试结果表明Co-aip-bpy材料具有较高的水和水汽稳定性。本文系统研究了MOFs材料的骨架柔性对其C3H6/C3H8动力学吸附分离性能的影响机制。以Ni-aip-bpy材料为研究对象,并与同构型的Co-aip-bpy及Zn-aip-bpy材料进行了参照对比,研究了三者对C3H6/C3H8的吸附分离机制的差异性。在298 K和100k Pa时,Ni-aip-bpy对C3H6和C3H8的吸附量分别为1.94 mmol/g和0.45 mmol/g,其对等摩尔比C3H6/C3H8混合气分离选择性高达34.4,明显高于Co-aip-bpy（21）和Zn-aip-bpy（19）。在195 K条件下的CO2吸/脱附等温线形状表明,三种材料的骨架柔性大小为:Zn-aip-bpy>Ni-aip-bpy>Co-aip-bpy。Ni-aip-bpy材料具有适中的骨架柔性,使其在吸附过程中孔道结构会发生适当的形变,在显著增强C3H6分子扩散速率的同时,限制了C3H8在孔道内的扩散。这使其在303 K时,C3H6/C3H8动力学分离选择性高达93.4,远高于Co-aip-bpy（29.7）和Zn-aip-bpy（14.2）。在连续5次的C3H6/C3H8动态吸附透过实验验证了Ni-aip-bpy材料的优异的动态吸附分离性能和循环稳定性。