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作为一种重要的化工原料和清洁燃料,提纯废弃矿井中的低浓度瓦斯,更有利于CH4在化工、能源等多行业的高效应用。低浓度瓦斯中若含有较多CO2,不仅降低瓦斯燃烧热值,而且易对瓦斯运输管道产生腐蚀,因此捕集分离CO2和CH4是实现低浓度瓦斯安全高效提浓和利用的关键技术之一。近些年,有关离子液体在气体吸收分离方面的研究大都聚焦于液态室温离子液体,但考虑到液态离子液体存在黏度高、解吸能耗高的缺陷,固态离子液体因其吸收/解吸速率快、能耗低等特点,在捕集分离气体的应用正成为新的研究趋势。而且,固态离子液体在促进水合物法捕集分离气体方面具有较高应用潜力。因此有必要对固态离子液体吸收气体过程进行实验研究,并揭示该过程的微观机理。本文以十六种固态离子液体为例,利用热分析研究了固态离子液体的熔点、过冷温度及分解温度;应用石英晶体微天平实验平台测定了 CO2、CH4在十六种固态离子液体中的溶解度,分析了 CO2/CH4的溶解选择性;应用Materials Studio软件的Dmo13模块对单独的离子液体体系、离子液体-CO2复合体系进行了量子化学计算,基于体系前线轨道分布和Fukui指数,分析各离子液体与CO2反应活性大小及活性位点。首先,利用热重分析仪对十六种固态离子液体进行热分析,实验结果表明:固态季鏻类离子液体熔点相对高于其他类离子液体,其中[P2444][PF6]、[P4444][PF6]、[P6 4 4 4][PF6]熔点均较高,在140℃以上;固态季胺类离子液体熔点均高于70℃,其中[N44 4 4][PF6]的熔点高达251.5℃;咪唑类和其它的几种离子液体熔点均在50～90℃之间。实验所测十六种固态离子液体的分解温度均在360℃以上,说明这些离子液体的热稳定性均较高。然后,利用石英晶体微天平对CO2和CH4在固态离子液体中的溶解度进行实验研究,结果表明:CO2在离子液体中的溶解度均高于CH4,其中CO2在[C12mim][PF6]中溶解度最高,达 1.56(mol/mol,4MPa);CH4在[N2 22 2][PF6]、[N4444][PF6]中溶解度相对较高,分别为0.25、0.34(mol/mol,4MPa)。CO2/CH4的溶解选择性在不同种类的离子液体中呈现出较大的差别,且随着压力的升高并未出现规律性的增长。总体来看,季鏻类固态离子液体的CO2/CH4理想选择性明显高于季胺类固态离子液体,固态咪唑类离子液体[C12mim][PF6]中的CO2/CH4的理想选择性最高,达50.98(3MPa)。另外,本文以季膦类离子液体为例,对[P2 444][PF6]、[P4444][PF6]、[P6444][PF6]单体系以及离子液体-CO2混合体系进行了量子化学计算,根据前线轨道分析发现离子液体单体系能隙规律如下[P2 4 4 4][PF6]<[P6 4 4 4][PF6]<[P44 4 4][PF6],[P44 44][PF6]稳定性最好,活性最差;BSSE校正结合能后[P4444][PF6]-CO2混合体系结合能最小,[P4 4 4 4][PF6]与CO2反应活性最差,与实验所测得CO2在[P4 4 4 4][PF6]溶解度最小规律一致;[P2 4 4 4][PF6]与[P6 4 4 4][PF6]的结合能大小与溶解度实验规律并不一致,因为溶解度大小不仅与相互作用力有关,还与溶剂自由体积相关;单体系及混合体系Fukui指数表明阳离子上的P原子和阴离子上的F原子最易形成活性位点。