天然气是一种以CH₄气体为主的优质、清洁的低碳能源,而CO₂的存在不仅会使CH₄在管道传输过程中腐蚀管道,而且降低了燃烧的热值,因此脱除CO₂将有利于能源气体的运送和利用。吸附分离技术被认为是气体分离领域中能耗低和操作简单的技术之一,因此被广泛关注。研究者发现通过吸附分离的方法从天然气中捕获CO₂,可以作为传统胺溶液吸收脱碳技术的潜在替代方法。目前使用较为广泛的吸附剂有碳材料（活性炭和碳分子筛）和沸石分子筛,以及最近兴起的金属有机骨架（MOFs）材料。对比这几种吸附剂发现:碳材料不具有均一的孔结构,同时制备条件受原材料的限制,MOFs材料稳定性较差,相比而言,沸石分子筛具有均一的孔结构和孔径大小,热稳定好,以及可调变的比表面积和孔容积,因此对沸石分子筛作为吸附剂的研究和应用较多。本论文着重研究了小孔径沸石分子筛ZK-5,制备了硅铝比介于3.2-3.6之间的分子筛,并通过Cs与K离子的交换,得到只允许CO₂气体进入孔道而限制CH₄气体通过的具有“分子门”效应的ZK-5分子筛,从而具有优异的CO₂/CH₄分离效果。本论文的主要研究内容和结论包括:（1）以硅溶胶作为硅源,偏铝酸钾作为铝源,不添加模板剂,通过不同配比调变,合成出小硅铝比范围内的四种不同ZK-5分子筛,硅铝比分别为3.20、3.30、3.39、3.54。（2）通过离子交换得到对应的Cs-ZK-5（Cs/K=9/1）分子筛,对四种不同硅铝比的Cs-ZK-5分子筛进行性能表征。通过XRD、SEM、TG、EDS和元素分析对所制备的分子筛进行了详细的表征,我们发现Cs-ZK-5分子筛有比较好的热稳定性,良好的晶体结构,对四种Cs-ZK-5分子筛进行CO₂、CH₄以及N₂的吸附测试,发现引入更多的Cs+将会降低孔容。虽然材料对CH₄的吸附量出现降低,但是由于CO₂的吸附量偏低,致使材料对CO₂/CH₄、CO₂/N₂和CH₄/N₂混合气体的吸附选择性相比于K-KFI并没有明显的提高,但是对CO₂/CH₄的吸附比与吸附选择性要优于常规吸附剂。（3）通过K离子交换得到四种不同硅铝比的K-ZK-5（Cs/K=1/9）分子筛,并进行气体吸附性能测试。在硅铝比较低时,发现引入更多的K+,分子筛只允许CO₂通过,阻止了CH₄和N₂通过,具有“分子门”的效应,进而提升了CO₂/CH₄的吸附选择性。其中ZK-5-1-K有着优异的CO₂/CH₄吸附选择性,在298 K,100 kPa时CO₂/CH₄的吸附选择性最高达到283。但是随着硅铝比的增大,分子门的效应消失,CO₂/CH₄的吸附选择性降低。