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金属—有机骨架材料(metal-organicframeworks,MOFs)具有很高的孔隙度、可调节的孔径、较大的比表面积和较好的机械稳定性,是一种用于气体体系分离的理想的膜材料,受到国内外研究者的高度重视。然而,用于气体分离的MOFs的结构数量庞大,单纯使用实验手段研究其气体分离性能具有很大挑战。分子模拟方法能够弥补实验的不足,并且能够通过研究MOFs中气体的分离机制,为实验提供镱定的指导作用。近年来,分子模拟方法己经被广泛用于MOFs研究。通过大规模计算可以筛选出适用于不同气体体系的分离性能优异的MOF材料。在此基础上进行实验研究,可大大减少实验成本,缩短实验周期。本论文基于分子模拟研究方法,通过大规模筛选MOFs,首次为较难分离的CH4-N2和02-N2体系筛选出性能优异的MOF@polymer复合膜。研究的主要内容有:(1)基于 20,000 多种 MOFs,在 303 K,5bar,CH4:N2-1:1 的实际工况条件下,考察了 MOF材料的吸附量、吸附选择性、扩散选择性和膜选择性。与传统的氮气优先渗透的聚合物膜和沸石相比,发现在现有的MOF材料中,有绝大部分是优先渗透甲烷气体的。对甲烷优先渗透的MOF材料研究其构效关系,发现当MOF材料的PLD为2.4～3.7 A,LCD为4.6～5.4 A,孔隙率为0.35～0.45,以及比表面积较小的时候,纯MOF薄膜能够获得最好的甲烷选择性。同时,筛选出了多种远高于Robenson上限的氮气优先渗透的纯MOF膜材料。(2)在大规模筛选得到的MOFs基础上,利用Maxwell模型,结合适用于CH4-N2体系分离的聚合物膜的实验数据,分别模拟制备出不同MOF材料和聚合物组合的复合膜。其中,甲烷优先渗透的复合膜中选择性和渗透通量分别最高的组合为YAVVEX@ Pebax-2588复合膜与QUCFIF@ Poly(trimethylsilylpropyne-cophenylpropyne)复合膜;氮气优先渗透的复合膜中性能最优的为VEYVIG@ Hyflon(?)AD60X复合膜。实际工况中,YAVVEX@PDMS复合膜最适用于工业生产。此工作对MOF@polymer复合膜中MOF材料筛选及与聚合物的匹配有一定的指导意义。(3)针对02-N2体系的分离,筛选出PLD在2～3 A范围、LCD在3～4.8 A范围、孔隙率在0.42～0.47范围内的MOF材料,将其添加进工业上已有的聚合物膜中,模拟制备出的MOF@polymer复合膜的氧气选择性和渗透通量同时提高,并列举出了一部分适用于工业生产的MOF@polymer复合膜。