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近年来，由温室效应而产生的环境污染问题日益严重，越来越多的国家开始关注这些问题。垃圾填埋气含40-60%的CH4、20-30%的CO2、10-20%的微量元素气，其中的主要成分二氧化碳和甲烷都属于温室气体。现在垃圾填埋气已经被世界各国作为二次能源来开发，而从垃圾填埋气中分离回收CO2和CH4的过程就涉及到对CO2/CH4混合体系的分离处理。
本文在对原硅胶吸附剂进行吸附性能分析的基础上，分别采用碱金属离子改性、有机胺改性和有机胺-碱金属离子结合改性的方法，对改性前后硅胶的表征、对CO2/CH4混合气吸附分离的效果以及在提纯模拟垃圾填埋气时的实际性能参数进行了探讨，同时对硅胶含水率和再生性能也进行了分析讨论。主要结论如下：
（1）采用静态体积法分别测定了在25℃、35℃和45℃下，纯组分CO2和CH4在硅胶上的吸附等温曲线，并用Langmuir模型、Sips模型和Freundlich模型对测定的吸附等温线进行拟合，同时计算CO2和CH4的最大饱和吸附量。结果表明：这两种气体的吸附量都随着温度的升高而减小。根据三种模型拟合的相关系数和平均相对误差发现Sips模型对CO2和CH4的吸附等温线的拟合效果最好。所以本文采用Sips模型来拟合后续实验数据。
（2）采用钾、钙、镁和钡的氯化盐溶液对硅胶进行改性，改性后均有利于硅胶对CO2的吸附。不同种类碱金属离子改性后的硅胶吸附性能排序为：氯化钡＞氯化钾＞氯化钙＞氯化镁，其中以氯化钡改性硅胶为最佳。在比较了不同氯化钡浓度改性硅胶的吸附能力和对CO2/CH4的分离效果后，得到最佳氯化钡溶液改性浓度为0.1mol/L。Sips模型拟合得到最优改性硅胶25℃时对CO2的饱和吸附量为2.51mmol/g，比原硅胶提高约18.96%。对CO2/CH4混合气的分离比为9.91，比原硅胶在相同情况时增加了23.72%。
（3）采用乙醇胺、二乙醇胺和二乙烯三胺对硅胶进行改性，提升效果最明显的是乙醇胺改性硅胶，其对CO2的吸附量相比原硅胶提升了84.83%。不同种类有机胺改性后硅胶对混合气分离效果的提高程度为：乙醇胺＞二乙醇胺＞二乙烯三胺。通过研究不同浓度乙醇胺改性硅胶对CO2/CH4的吸附分离效果，发现乙醇胺和甲醇配比为1:6时，改性硅胶对CO2的饱和吸附量达到3.90mmol/g，比原硅胶提升了84.83%，且对CO2/CH4混合气的分离效果最佳，分离比为8.51，比原硅胶在相同情况时增加6.25%。
（4）采用氯化钡和乙醇胺对硅胶进行结合改性。结合改性硅胶的表面形貌结合了氯化钡改性和乙醇胺改性的特征。氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶的CO2饱和吸附量达到4.19mmol/g，比原硅胶提高约98.57%；CH4的饱和吸附量为0.49mmol/g，比原硅胶提高约63.33%。氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶对CO2/CH4的分离比相比原硅胶有了较大的提升，分离比达到9.92，比原硅胶提高约23.84%。
（5）以氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶为吸附剂，试验了在不同工艺参数下该吸附剂对模拟垃圾填埋气的吸附分离效果。结果表明该硅胶吸附剂的最佳吸附压力为0.2MPa，最佳吸附进气流量为800ml/min，该条件下测得对CH4和CO2的吸附量分别为0.51mmol/g和4.3mmol/g，分离比为10.38。随着改性硅胶含水率的提升，其对于CO2的吸附量有所增加，对混合气的分离比提升明显。含水率15.54%、24.78%、31.22%时的分离比为11.52、12.05、13.36。相比原硅胶分别提升了16.13%、21.47%、34.67%。但是含水率过高时CO2的穿透时间会变短，在实际工业应用时会增加成本。再生性实验表明该改性硅胶吸附剂的再生性能较好。
本文在对原硅胶吸附剂进行吸附性能分析的基础上，分别采用碱金属离子改性、有机胺改性和有机胺-碱金属离子结合改性的方法，对改性前后硅胶的表征、对CO2/CH4混合气吸附分离的效果以及在提纯模拟垃圾填埋气时的实际性能参数进行了探讨，同时对硅胶含水率和再生性能也进行了分析讨论。主要结论如下：
（1）采用静态体积法分别测定了在25℃、35℃和45℃下，纯组分CO2和CH4在硅胶上的吸附等温曲线，并用Langmuir模型、Sips模型和Freundlich模型对测定的吸附等温线进行拟合，同时计算CO2和CH4的最大饱和吸附量。结果表明：这两种气体的吸附量都随着温度的升高而减小。根据三种模型拟合的相关系数和平均相对误差发现Sips模型对CO2和CH4的吸附等温线的拟合效果最好。所以本文采用Sips模型来拟合后续实验数据。
（2）采用钾、钙、镁和钡的氯化盐溶液对硅胶进行改性，改性后均有利于硅胶对CO2的吸附。不同种类碱金属离子改性后的硅胶吸附性能排序为：氯化钡＞氯化钾＞氯化钙＞氯化镁，其中以氯化钡改性硅胶为最佳。在比较了不同氯化钡浓度改性硅胶的吸附能力和对CO2/CH4的分离效果后，得到最佳氯化钡溶液改性浓度为0.1mol/L。Sips模型拟合得到最优改性硅胶25℃时对CO2的饱和吸附量为2.51mmol/g，比原硅胶提高约18.96%。对CO2/CH4混合气的分离比为9.91，比原硅胶在相同情况时增加了23.72%。
（3）采用乙醇胺、二乙醇胺和二乙烯三胺对硅胶进行改性，提升效果最明显的是乙醇胺改性硅胶，其对CO2的吸附量相比原硅胶提升了84.83%。不同种类有机胺改性后硅胶对混合气分离效果的提高程度为：乙醇胺＞二乙醇胺＞二乙烯三胺。通过研究不同浓度乙醇胺改性硅胶对CO2/CH4的吸附分离效果，发现乙醇胺和甲醇配比为1:6时，改性硅胶对CO2的饱和吸附量达到3.90mmol/g，比原硅胶提升了84.83%，且对CO2/CH4混合气的分离效果最佳，分离比为8.51，比原硅胶在相同情况时增加6.25%。
（4）采用氯化钡和乙醇胺对硅胶进行结合改性。结合改性硅胶的表面形貌结合了氯化钡改性和乙醇胺改性的特征。氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶的CO2饱和吸附量达到4.19mmol/g，比原硅胶提高约98.57%；CH4的饱和吸附量为0.49mmol/g，比原硅胶提高约63.33%。氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶对CO2/CH4的分离比相比原硅胶有了较大的提升，分离比达到9.92，比原硅胶提高约23.84%。
（5）以氯化钡-乙醇胺结合改性硅胶为吸附剂，试验了在不同工艺参数下该吸附剂对模拟垃圾填埋气的吸附分离效果。结果表明该硅胶吸附剂的最佳吸附压力为0.2MPa，最佳吸附进气流量为800ml/min，该条件下测得对CH4和CO2的吸附量分别为0.51mmol/g和4.3mmol/g，分离比为10.38。随着改性硅胶含水率的提升，其对于CO2的吸附量有所增加，对混合气的分离比提升明显。含水率15.54%、24.78%、31.22%时的分离比为11.52、12.05、13.36。相比原硅胶分别提升了16.13%、21.47%、34.67%。但是含水率过高时CO2的穿透时间会变短，在实际工业应用时会增加成本。再生性实验表明该改性硅胶吸附剂的再生性能较好。