低碳烃的分离纯化是化工领域非常重要的化工分离过程。传统的分离方式具有能耗高、工艺复杂,设备投资大等缺点。而吸附分离是一种低能耗分离技术,金属-有机框架材料作为一种新型多孔材料,具有比表面积高、孔道及表面功能性质可调控等优点,在吸附分离方面有着良好的前景。从工业的角度来看,仅研究吸附剂吸附分离的热力学是不够的,在真实的变压吸附分离或者变温吸附分离过程模拟及工艺优化中还需获得气体在多孔材料中的扩散动力学参数。因此,研究气体在金属-有机框架材料中的扩散动力学,对于金属-有机框架材料的工业应用有着十分重要的实际意义。首先,基于没食子酸盐类MOFs在分离乙炔/乙烯/乙烷方面的优异性能,利用ZLC装置研究了乙炔、乙烯、乙烷三种气体在M-gallate中的扩散动力学。结果表明,温度对扩散有促进作用,乙炔和乙烯在M-gallate中的扩散为动力学控制的晶内扩散。因为乙炔与M-gallate骨架的相互作用较乙烯更强,所以乙炔的有效扩散速率小于乙烯。而乙烷因为无法进入孔道,主要是是晶间扩散过程,因而其ZLC脱附曲线近似于空白实验。303 K下乙炔和乙烯在M-gallate中的有效扩散时间常数分别为5.41 × 10-3-7.13 × 10-3 s-1 和 1.09× 10-2-1.59× 10-2 s-1。其次,研究了没食子酸盐类MOFs材料对丙炔/丙烯的吸附分离热力学和动力学。M-gallate(M=Co,Mg,Ni)都表现出对丙炔优异的吸附量,对1/99丙炔/丙烯IAST吸附分离选择性也有95-152。利用DFT模拟计算丙炔丙烯在M-gallate中的吸附作用位点,确定丙炔丙烯与M-gallate骨架的作用均为超分子作用和氢键作用。动态穿透实验表明Co-gallate和Mg-gallate在吸附1/99丙炔/丙烯混合气体时聚合级丙烯的生产能力均超过目前已报道的所有的MOFs材料,其中Co-gallate的聚合级丙烯的生产能力高达1800 mL/g。ZLC动力学实验表明,丙炔和丙烯在M-gallate中的扩散为动力学控制的晶内扩散。因为丙炔与M-gallate骨架的相互作用较丙烯更强,丙炔的扩散速率小于丙烯。而丙烷的脱附曲线近似于空白实验也进一步验证了丙烷无法进入孔道,主要是晶间扩散。303 K下丙炔和丙烯的有效扩散时间常数分别为6.2×10-4-1.02×10-3 s-1 和 1.08×10-3-2.78×10-3 s-1。基于没食子酸盐类MOFs在C4烃类气体分离的优异性能,利用ZLC装置探究了 1,3-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯、正丁烯、异丁烯、正丁烷、异丁烷七种C4烃类气体在M-gallate中的扩散动力学。1,3-丁二烯、顺式-2-丁烯、反式-2-丁烯、正丁烯四种气体在M-gallate中的扩散均为动力学控制的晶内扩散。可以发现1,3-丁二烯和反式-2-丁烯的有效扩散时间常数相近,顺式-2-丁烯和正丁烯的有效扩散时间常数约为其两倍,分析主要原因是因为1,3-丁二烯和反式-2-丁烯与M-gallate骨架的相互作用力更强,与扩散活化能的结果一致。而由于异丁烯,正丁烷,异丁烷的动力学直径大于M-gallate的孔径无法进入孔道,为快速晶间扩散,因此其ZLC脱附曲线近似于空白实验。