随着现代工业发展以及人类生活水平的提高,化石能源消耗激增同时伴随着大量温室气体的排放,产生的温室效应是目前人类面临的巨大挑战之一。核电由于其能量密度高,占地面积小,温室气体排放量极低,是替代化石能源最可行的方式之一。核燃料后处理尾气中含有大量需处理的放射性气体,如碘（I2）、碘甲基（CH3I）、氪（Kr）和氙（Xe）的同位素等,其中因Xe和Kr具有广泛的商业用途,对Xe/Kr混合物的吸附分离显得格外重要。纳米多孔材料吸附分离法具有操作简单、能耗低等优点被广泛用于Xe/Kr混合物吸附分离的研究。其中纳米多孔碳由于其比表面积大、孔径可调和廉价易得等优点,被广泛应用于气体混合物吸附分离。本文采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟的方法,研究了Xe/Kr、Xe/Kr/N2、Xe/Kr/N2/I2、Xe/Kr/N2/CH3I和Xe/Kr/N2/I2/CH3I混合物在碳纳米管（CNT）、层状活性炭纤维（ACF-15）和完全不规则结构碳化硅衍生碳（Si C-DC）中的吸附机理,探讨了CNT孔径、无定形碳结构、压力、温度、气相组成等因素对纳米多孔碳吸附分离性能的影响,并考虑实际气体混合物中Xe/Kr气体极低分压力以及杂质气体存在时纳米多孔碳的吸附分离性能。同时采用分子动力学（MD）模拟的方法分析了气体混合物在纳米多孔碳中的吸附动力学特性。主要研究内容和结果如下:采用GCMC模拟方法,研究了压力从0.001 MPa到1 MPa,温度从248 K到348 K,Xe摩尔分数从10%到90%的Xe/Kr混合物在孔径从0.81 nm到2.03 nm的CNT、ACF-15和Si C-DC的吸附行为。Xe的吸附量和Xe/Kr分离系数与CNT孔径有关,CNT孔径的增大将使吸附分子与CNT间的相互作用能减弱,导致Xe/Kr分离系数随着CNT孔径的增大而减小。发现,压力为0.1 MPa,温度为298 K时,孔径为0.81 nm的（6,6）CNT拥有最大的Xe吸附量（1.69 mol/kg）和最大的Xe/Kr分离系数（36.3）,并且Xe/Kr分离系数远高于其它孔径的CNT、ACF-15、Si C-DC、SBMOF-1和Z11CBF-1000-2等多种MOF吸附剂。由于吸附过程的放热特性,温度升高降低了所有CNT、ACF-15和Si C-DC对Xe的吸附量以及Xe/Kr分离系数,降低了纳米多孔碳的吸附分离性能。大孔径CNT中,Xe/Kr混合物的吸附基本都发生在Henry区,Xe/Kr分离系数几乎与气相中的Xe摩尔分数无关。在小孔径CNT、ACF-15和Si C-DC中Xe/Kr分离系数随气相中Xe的摩尔分数增大而减小。采用性能系数综合考量纳米多孔碳材料的吸附分离性能。发现CNT的吸附分离性能随温度的升高而下降,同时表现出对Xe/Kr混合物气相组成的复杂依赖性。然而,在所考虑温度和气相组成范围内,（6,6）CNT始终对Xe/Kr混合物的吸附分离性能最好。这说明（6,6）CNT是极具潜力从核燃料后处理尾气中吸附分离Xe/Kr混合物的吸附剂。研究了纳米多孔碳拓扑结构对吸附分离Xe/Kr混合物性能的影响。发现,当平均孔径相同时,圆柱形结构的CNT会形成叠加势场增强碳材料的吸附能力,其Xe的吸附量和Xe/Kr分离系数均高于层状ACF-15和完全不规则结构的Si C-DC。然而,对于无定形碳ACF-15和Si C-DC,Xe的吸附量和Xe/Kr分离系数基本一致,孔径分布相同的无定形碳的结构对吸附分离Xe/Kr混合的性能几乎没有影响。为了揭示实际工况中I2和CH3I的存在对纳米多孔碳吸附分离超低分压Xe/Kr的影响,采用GCMC和MD模拟方法研究了I2和CH3I存在的情况下Xe/Kr/N2混合物在CNT、ACF-15和Si C-DC中的吸附。当I2和CH3I在气相混合物中均不存在时,孔径为0.81 nm的（6,6）CNT具有最高的Xe吸附量（0.37 mol/kg）和Xe/Kr分离系数（45.3）,明显优于其它孔径的CNT、ACF-15和Si C-DC。此外,增强纳米多孔碳结构无序程度对纳米多孔碳的吸附能力影响很小,但会由于引入了能量壁垒导致吸附分子在纳米多孔碳中的扩散速率降低。而当I2或CH3I在气相混合物中存在时,由于I2和CH3I强吸附性,Xe和Kr在纳米多孔碳中几乎不吸附。此外,对于Xe/Kr/N2/I2/CH3I混合物,I2和CH3I在纳米多孔碳中发生强烈的竞争吸附。在（6,6）CNT中,CH3I的吸附占主导,其余碳结构中则为I2的吸附占主导。发现,（6,6）CNT在从Xe/Kr/N2/I2/CH3I混合物中分离CH3I的性能最优,而（15,15）CNT分离I2的性能最好。最后,由于I2和CH3I的共同影响,Xe和Kr在所研究的纳米多孔碳中几乎不吸附,因此在Xe/Kr的吸附分离之前应用（6,6）CNT和（15,15）CNT对Xe/Kr/N2/I2/CH3I混合物进行预处理。