在节能减排的大形势下,天然气作为清洁、高效能源,其需求量与日俱增,除陆地天然气资源外,海上天然气资源的开发也成为重点。而由于海上环境复杂、空间有限,使得天然气脱碳的难度大大增加。本文选择吸附法作为研究对象,选用对CO₂有较好吸附效果的13X分子筛作为基础,采用模拟与实验相结合的方法,对分子筛进行改性和微观结构表征,考察改性前后样品的气体分离效果,评估其性能。利用GCMC模拟方法,模拟了K⁺、Ca²⁺、Li⁺、Ag⁺、Pd²⁺五种离子改性的13X分子筛气体吸附过程。分析模拟结果后,本文尝试采用三种离子同时改性分子筛,主要以Li⁺离子为主,加入少量Pd²⁺、Ag⁺离子,所得LiPdAgX分子筛对CO₂有较高的吸附量并且具有良好的混合气分离能力,因此将其作为改性实验的研究对象,LiX与原始13X分子筛作为对照组。在模拟研究的基础上,利用水溶液离子交换法制备了LiX与LiPdAgX分子筛,并对样品进行表征,发现改性过程没有破坏分子筛的骨架结构,只是不同的金属离子改变了分子筛的内部静电场,改善了分子筛的相对结晶度、比表面积、孔容积、孔径分布等微观参数。对分子筛进行气体吸附实验,静态实验中,1.4MPa压力下,13X对CO₂吸附量为7.11 mg/g,LiX为8.84 mg/g,而LiPdAgX提高到9.82mg/g。采用扩展的Freudlich方程能够很好地描述分子筛的吸附等温线,相关系数均达到0.994以上。由于N₂与CH₄物性与吸附性质的相似性,综合考虑安全等因素,混合气中使用N₂来代替CH₄。混合气体静态吸附时,1.4MPa压力下13X选择系数为71.34,LiX为102.56,LiPdAgX最高为128,改性后分子筛气体分离性能增强。动态吸附实验中改性样品的穿透时间都得到了延长,LiPdAgX的混合气体分离因子是三种样品中最高的,平均为7.2,而13X原始样品平均为3.96。并且改性后分子筛再生能耗更少,循环使用时仍能保持较高分离因子。综上所述,从微观结构到气体吸附实验都说明LiPdAgX分子筛更加适用于脱除天然气中的CO₂。