本论文由两个相对独立的部分，即介孔材料内复杂体系的化学反应平衡和活性碳微球(a-MCMBs)上二氧化碳与甲烷的吸附分离组成。 在第一部分，本文利用反应蒙特卡罗方法(ReactiveCanonicalensembleMonteCarlo，RCMC)方法研究了介孔材料内的化学反应平衡，以加深对纳米级限制条件下化学平衡的理解。 活性碳微球(a-MCMBs)是一种非常有前景的甲烷吸附存储材料。所以，在第二部分，本文采用‘实验表征——状态方程理论分析——分子模拟技术’等多种研究手段相结合的方法，研究了a-MCMBs上二氧化碳与甲烷的吸附分离，为吸附剂的开发和新材料的设计提供了有价值的理论依据。全文的主要内容和创新点如下： 针对在多相催化、吸附分离领域得到广泛应用的MCM-4l和层柱孔这两种介孔材料，本文采用RCMC方法模拟了其孔内氨合成反应的化学平衡。模拟发现，(1)由于限制效应的存在，孔相通常比与之平衡的主体相的密度要大。根据LeChatelier原理，对于总摩尔数减少的氨合成反应，密度的增加会导致反应产量的增加。因而，两种孔内的氨平衡摩尔分率均比主体相中的高。 (2)对层柱材料与狭缝孔的结构差异进行了分析，解释了1.70nm孔宽的层柱材料内的氨产量要比1.50nm的狭缝孔大的异常现象。 (3)在低温573K、小孔径(对于MCM-41为1.5nm)和小孔宽(对于层柱孔为1.02nm)、高压600bar、高N：H进料摩尔比4：12(0.3333)的条件下操作，可以获得较高的孔内氨平衡转化率。然而，只有在低压100bar下操作才能使孔内氨产量的增加更为有效。 采用RCMC方法对狭缝孔中水煤气变换和甲烷蒸汽重整的反应平衡分别进行了模拟计算。鉴于孔内这些化学反应平衡试验数据的缺乏，本文提出了一个预测孔内化学平衡组成的方法，即将经典热力学与RCMC两种方法计算的主体相平衡组成进行一致性比较，以此来验证RCMC模拟孔内平衡组成的准确性，并采用RCMC方法进一步预测了压力、温度、孔宽以及进料气中H2O/CO或H2O/CH4摩尔比等因素对孔内平衡组成的影响。 用英国HIDEN公司生产的IGA-003高精度重力吸附仪测量了常温298.15K下纯甲烷、二氧化碳以及两者摩尔比为85：15(根据中国琼东南海盆地天然气主要组成配比)的二元混合物在a-MCMBs上的吸附等温线。引入了通用性较好的Zhou、Gasem和Robinson(ZGR)状态方程来描述a-MCMBs上纯气体和混合气体的吸附行为，并通过吸附量计算值与实验值之间的拟合，关联出了纯组分和混合物吸附的模型参数。提出了一个从某一进料气组成和温度下的混合气总吸附量计算单个组分吸附量的方法，并得到了严格的检验。该方法能够用来确定不同天然气组成下的吸附分离条件。通过上述方法，预测了常温298.15K和工业制冷温度258.15K下二氧化碳对甲烷的吸附选择性。 用IGA-003吸附仪测量了77K下液氮在该材料上的吸附等温线。结合巨正则系综蒙特卡罗模拟和统计积分方法，得到了该样品的孔宽分布。用恒压Gibbs系综分子模拟方法模拟了常温298.15K下纯甲烷与二氧化碳在a-MCMBs上的吸附等温线，并根据已知的孔宽分布计算出了纯组分的吸附量。实验与计算之间较好的吻合，表明孔宽分布有效地表征了a-MCMBs的几何非均匀性。 在不降低计算准确度的前提下，提出了在298.15K下可以直接采用平均孔宽替代孔宽分布计算纯组分吸附量的方法，从而节省了大量的计算耗时。并采用平均孔宽进一步预测了高压条件下纯甲烷与二氧化碳的吸附存储能力。为了提高纯甲烷和二氧化碳的吸附存储能力，在298.15K下对a-MCMBs材料的孔结构进行了优化计算，模拟出了两者吸附存储的最佳孔宽、相应的操作压力以及可达到的最大超额吸附量。 预测了孔宽对常温298.15K下气体混合物(甲烷与二氧化碳摩尔比为85：15)中甲烷、二氧化碳分吸附量以及二氧化碳的吸附选择性的影响。推荐了低、中、高压范围内最佳的吸附分离孔宽以及相应地操作压力，为实际工艺操作提供了理论基础。本文研究表明，a-MCMBs不仅是一种优秀的甲烷存储吸附剂，也是一种移除天然气中杂质二氧化碳的有良好应用前景的材料。