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随着全球经济的快速发展,人类对能源的需求不断攀升,为了解决国家能源安全和全球环境恶化的双重问题,发展以清洁能源为主的“低碳经济”,已成为世界各国的共同选择。因此,全球对高效节能的气体分离和存储技术提出了更高的要求,特别是已被强调为“改变世界的七大化学分离问题”的低碳烃的分离和二氧化碳的捕获问题。据统计,每年用于分离提纯过程的能源消耗约占世界能源消耗总量的10-15%。由于部分混合气体分子的物理化学性质极其相似,分离难度较大,从而导致传统基于热能的用于烯烃分离的低温精馏技术和用于二氧化碳捕集的胺溶液吸收技术存在设备投资大、运行成本高等不足。基于非热驱动的吸附分离技术,特别是基于多孔固体材料的变压吸附（PSA）,因其具有操作周期短、能耗低、技术设备简单成熟、适用范围广等特点,被认为是最具潜力的可替代技术,从而得到了广泛的关注和研究。吸附剂对气体的选择性和吸附容量是决定吸附分离技术和设备运行的核心要素。然而,传统的吸附剂材料在气体分离过程中普遍存在选择性和吸附容量难以兼得的现象（“trade-off效应”）。因此,设计开发具有低能耗,高效率的气体分离材料至关重要。分子筛,凭借其固有的分子筛分特性、均匀可调的孔隙系统、丰富多样的骨架元素组成、可控制的极性和内部电场梯度、较大的比表面积、稳定的热/水热稳定性和化学稳定性及廉价易制备等特点,时至今日仍然是研究最深入、应用最广泛的气体吸附剂材料。8元环小孔分子筛,特别是结构上含有大的笼型结构的8元环的小孔分子筛,因其在气体吸附分离方面表现出的独特的分离机制而备受关注。此外,具有柔性骨架结构的8元环的小孔分子筛,因其在压力、温度、光、电场和客体分子等外部刺激下,能够动态地进行结构变换,从而使次级结构单元如8元环（s8r or d8r）和6元环（s6r）的几何形状发生改变,从而表现出丰富的气体吸附行为及可以调整优化的动力学和选择性,使得制备具有高效选择性吸附分离性能的分子筛基吸附剂材料成为可能。本论文通过优化合成条件,在以二乙胺为有机结构导向剂的条件下,合成了具有较高Si含量的SAPO-RHO分子筛;在以K+离子为无机结构导向剂的全无机环境下,合成了具有较高Si含量和骨架电荷密度的SAPO-34分子筛。通过离子交换制备了一系列M-SAPO-RHO（M=Li+、Na+、K+、Cs+）和M-SAPO-34（M=NH4+、Li+、Na+、K+、Cs+）。并通过调变M-SAPO-RHO和M-SAPO-34骨架外阳离子的种类和含量,系统地探究了M-SAPO-RHO和M-SAPO-34分子筛在选择性吸附分离小分子气体中的应用前景。主要结果如下:1.基于晶种辅助合成策略,在传统水热条件下成功的合成了具有较高Si含量的SAPO-RHO分子筛,其Si含量为Si/（Si+Al+P）=0.182。通过离子交换制备了一系列M-SAPO-RHO（M=Li+、Na+、K+、Cs+）,系统研究了M-SAPO-RHO对CO2/CH4和CO2/N2的分离性能。研究结果表明:1)Na-SAPO-RHO具有最佳的CO2/CH4和CO2/N2选择性吸附分离性能。2)通过CO2/CH4和CO2/N2两种二元混合组分固定床穿透实验初步评价了该材料的动态吸附分离效果,考察了其在实际工业化生产中的应用前景。3)结合粉末XRD结构精修（PXRD-Rietveld refinement）及密度泛函（DFT）理论计算确定了M+离子在M-SAPO-RHO中的位置,从分子水平上揭示了Na-SAPO-RHO对CO2/CH4和CO2/N2具有优异选择性吸附分离性能的机制。2.在上述研究工作的基础上,探究了M-SAPO-RHO（M=Li+、Na+、K+、Cs+）对C2H4/C2H6的分离性能。研究结果表明:1)Li-SAPO-RHO具有最佳的C2H4/C2H6选择性吸附分离性能,通过IAST（理论吸附溶液理论）模型计算了Li-SAPO-RHO对C2H4/C2H6的选择性;通过C2H4/C2H6二元混合组分固定床穿透实验初步评价该材料的动态吸附分离效果;此外,还进行了稳定性研究实验,考察了其在实际工业化生产中的应用前景。2)通过高分辨扫描透射电子显微镜（HR-STEM）、7Li-MAS NMR固体核磁共振波谱和密度泛函（DFT）理论计算等手段,确定了Li+离子在Li-SAPO-RHO中的位置。3.从经济和环保的角度出发,在传统水热条件下,以K+离子为无机结构导向剂,在完全无机环境条件下,成功合成了SAPO-34分子筛。通过固体核磁共振波谱分析确认了Si、Al、P元素的配位状态。由于无机阳离子与季铵盐类有机结构导向剂相比,具有相对较高的电荷密度,所合成的SAPO-34分子筛与文献所报道的SAPO-34相比,具有更高的Si含量（Si/（Si+Al+P）=0.37）和骨架电荷密度（（Al–P）/（Si+Al+P）=0.36）。此外,我们还系统地探索了不同一价阳离子交换后的M-SAPO-34（M=NH4+、Li+、Na+、K+、Cs+）在298 K,0-1.0 bar下对CO2/CH4和CO2/N2的选择性吸附分离性能。计算结果表明,与其他一价阳离子型M-SAPO-34相比,所合成的K-SAPO-34具有最高的CO2/CH4和CO2/N2分离选择性。