天然气作为一种重要能源,其需求量正在迅猛增长,因此提供清洁、高效的天然气显得尤为重要。膜分离法是净化天然气,脱除酸性气体的新型高效方法,因此研究性能优秀的膜材料尤为重要。传统的研究方法耗时且不经济,与其相比分子模拟可以为设计、研究微观结构与宏观性能的关系提供强有力的支持。因此可将分子模拟用于新材料的设计与筛选。本文应用Materials Studio软件对CH4和CO2两种气体小分子在聚合物中的溶解扩散行为进行了模拟:首先通过调研确定了10种典型的聚酰亚胺材料,分别建立模拟单胞并优化,确定了模型的一些基本参数与基本性质,包括:自由体积分数,二面角分布情况,玻璃化温度变化趋势,广角X射线衍射图等。溶解性能模拟采用了双吸附模型。考察模拟得到的各种材料的溶解吸附值与上述已微观性能间的相关程度发现:(1)6FDA型和BTDA型的聚酰亚胺比PMDA型聚酰亚胺的溶解吸附性能要好,但溶解选择性能却不如PMDA型高。(2)溶解度系数并不是简单的随着甲基数目的加而增加的,间位二胺有较大的溶解度系数。(3)聚合物分子中含有较大的取代基团或者单体分子呈现出较为复杂的空间立体结构时,聚酰亚胺通常具有较高的溶解度系数。采用3000ps NVT动力学模拟气体在聚合物中的扩散过程。考察模拟得到的各种材料的扩散值与上述已微观性能间的相关程度发现:(1)对于主链相同的聚酰亚胺,随着取代甲基数目的增加,整体的扩散性能不断增加(2)扩散选择性与聚酰亚胺单体分子的复杂程度并不成正比,扩散性能好的膜材料其扩散选择性能较差。(3)分子结构从间位二胺变换为对位二胺,会导致扩散系数较大的增加。最后考察了渗透系数与膜材料的自由体积的关系发现:增加膜材料的自由体积可增强气体分子的渗透性能。