煤矸石是目前我国积累量和排放量最大的固体废弃物之一。其不仅侵占土地,还易自燃并对水、大气造成污染。如何更有效的利用煤矸石生产高附加值的产品意义重大。我国减排CO2温室气体的国际压力和环境压力越来越大,同时CO2用途非常广泛,因此实行CO2减排和利用的研究迫在眉睫。另外在缓解能源紧张、减少煤矿事故、减少温室气体排放、减少环境污染等多重效应的驱动下,国内煤层气的综合开发利用正在形成热潮。因此迫切需要解决抽放煤层气中CH4的浓缩净化问题,从而使其得到有效利用。本课题研究的内容主要包括两方面,一是依据煤矸石废弃物的原料特点,在本课题组前人关于以煤矸石为主原料制备沸石A-活性炭和沸石X/活性炭复合材料工作的基础上,制备沸石LSX/活性炭复合材料,以期拓宽沸石/活性炭复合材料的应用范围；二是研究CO2、CH4和N2在沸石X/活性炭复合材料上的吸附性能,以期为变压吸附脱碳和甲烷浓缩技术提供新型高效吸附剂,为该复合材料的实际应用寻找目标和提供基础实验数据。具体实验内容及研究结果如下：1.以煤矸石为主原料,通过补加部分沥青和白炭黑,经混合并成型→烘干→碳化→CO2活化→水热晶化,可成功制备LSX型沸石/活性炭复合材料,XRD和低温N2吸附的表征结果表明,复合材料中的沸石相除伴有少量A型沸石外,其余的为LSX,其总比表面高达465m2/g,其中中孔比表面达到126m2/g,反映了沸石与活性炭孔结构的结合。通过对水热晶化条件的详细考察,获得合成LSX型沸石/活性炭复合材料的最佳配料比为：H2O/(Na2O+K2O)=17、(Na2O+K2O)/SiO2=3.5和K2O/(Na2O+K2O)=0.3,晶化条件为：凝胶温度65℃、凝胶时间24h、老化时间12h、晶化温度65℃、晶化时间48h。2.分别以经水热体系直接合成的和经NH4Cl溶液后改性处理的沸石X/活性炭系列复合材料为吸附剂的研究对象,通过CO2、CH4和N2在其上吸附等温线的测定、拟合和参数分析,详细考察了复合材料中沸石与活性炭的相对比例和改性处理所引起的表面性质的改变对各气体的吸附行为的影响。XRD和低温N2吸附的表征结果表明,合成的沸石X/活性炭复合材料在经NH4C1溶液后改性处理后,其沸石的晶体结构基本保持不变,改性结果只是使材料的中孔比表面增加,且中孔比表面与总比表面积之比相对增大。在对C02、CH4和N2在改性前后复合材料上的吸附等温线进行测试后,分别用Fraudlich、Langmuir-Fraudlich以及Toth吸附模型对其进行拟合处理,其拟合参数和吸附热的计算结果表明,在相同的吸附条件下,复合材料对三种气体的吸附能力为CO2>CH4>N2,且吸附量随着活性炭含量的增加而降低,反映了沸石对三种气体的吸附能力均大于活性炭；但是,随着活性炭在复合材料中比例的增加,气体在材料表面的吸附热减小,吸附表面的多相性降低,吸附质与吸附剂表面相互作用力减弱。复合材料在经NH4Cl溶液后改性处理后,虽然其对气体的吸附容量有所减小,但改性后,由于材料表面碱性的减弱,使得材料对气体,尤其是对CO2酸性分子的吸附量减小,吸附表面的多相性降低,气体在材料表面的吸附强度减弱,相应的吸附热降低。随着材料中沥青添加量的不断增加,复合材料在298K、99.3KPa环境下的CO2/CH4、CO2/N2、CH4/N2不断降低,但改性后与改性前相比较,各吸附分离比又有明显提高,这有利于气体分离。