氦气是战略性资源，应用于国防，科研及国民经济等各个方面;由于氦气在空气中含量极少，主要来源于天然气田;氦气回收与纯化一直是研究热点;氦气纯化分为冷冻分凝分离，吸附分离，膜分离等方法;冷冻分凝分离与吸附分离常用于大型氦低温制冷系统，冷冻分凝分离用于氦气的初步纯化，而氦气的高纯净化则依赖于吸附分离;吸附器作为吸附分离的重要设备，其设计关乎着系统的稳定长期运行;而在大型氦低温制冷系统中，由于杂质气体常处于低温低分压的混合气体状态，其竞争吸附机理尚未研究透彻;且混合气体吸附实验复杂耗时，急需相关理论预测方法;且由于氦气流量较大及冷箱的紧凑化设计要求，常规吸附器化工设计中的指导空塔速度已不适用;为解决上述问题，提出了氦基混合气体在活性炭中低温吸附特性研究的课题，主要内容如下:　　1.对大型氦低温制冷系统吸附器中所采用的活性炭进行了各类理化性质研究，如孔径分布特征，XPS表面元素分析，XRD分析，TEM表面结构分析，压汞测试如孔隙率等，为后续活性炭建模提供了基础数据。　　2.搭建了一套以GM制冷机为冷源，耦合商用吸附仪的纯气体低温吸附测试系统，能够实现从4.5K-300K宽温区，0-200bar的宽温区宽压力范围的各类气体的纯气体吸附测试，并获取了诸如氮气，氦气等气体的纯气体吸附数据。　　3.采用吸附势理论，人工神经网络，吸附热理论等方法对纯气体的吸附等温线进行了理论预测;重点介绍了人工神经网络算法在吸附数据挖掘方面的应用，并使用部分氮气纯气体低温吸附实验数据进行人工神经网络训练后对其他温度下的吸附数据做预测，结果显示人工神经网络算法预测结果与实验数据吻合较好，为后续吸附器设计所需的吸附数据提供了多种计算方法。　　4.构建了狭缝孔与无定型活性炭模型，并详细介绍了无定形碳模型的构建过程;通过比表面积，孔体积，孔径分布，XRD数据等对模型进行了验证，并与真实活性炭数据进行比较，结果表明无定型炭结构合理可用;使用巨正则蒙特卡洛分子模拟对氮气，氧气，氦气等纯气体，氦氮氧等多元混合气体吸附数据进行了研究，并与实验对照，再次验证了活性炭模型的合理与可用性，并为低温吸附器吸附剂选择提供了理论指导。　　5.搭建了一套以液氮为冷源的液氮温区动态吸附特性实验平台，能够实现多路混合气体配气及固定床吸附器穿透曲线实验测量;详细介绍了平台流程设计，传感器及仪器选择，系统调试过程，并通过预实验过程对平台进行了完善与改造;研究了以氦气为平衡气体，杂质成分为氮气与氧气的二元和三元混合气体在活性炭中的低温吸附特性，获取了传质区长度及动态饱和吸附量等数据，分析了空塔速度，压力等对吸附的影响;并使用Yoon-Nelson模型和床层工作时间法模型(BDST)对穿透曲线进行了理论分析;引入了浓度波理论，对吸附器穿透过程进行了分析，当吸附器足够长，浓度波能够以稳定速度往前推进，速度越大，吸附器越早失效。　　6.通过分子动力学方法模拟了氮氧在活性炭中的低温扩散性能，使用阿伦尼乌斯公式对扩散系数进行了拟合，可预测其他工况下的自扩散系数，为后续固定床动态吸附过程的传热传质过程分析等提供帮助。