煤层气是一种赋存于煤层间并且以甲烷为主要成分的煤层自主自储式的非常规天然气,属于标准的低碳资源。在我国的煤炭开采过程中,大量的低浓度煤层气直接排放到大气中,不仅造成了严重的资源浪费,也给环境保护带来了巨大压力,所以说低浓度煤层气的富集利用具有重大意义。其中,O2的脱除是低浓度煤层气回收利用的关键步骤。吸附分离技术由于其操作工艺简单、能耗低、吸附效果较好受到普遍关注,为此,寻找具有高选择性的02吸附剂将是一项值得深入研究的课题。具有不饱和金属位点的金属有机骨架(MOFs)材料对02的选择性吸附具有很大的潜力和优势,因此,本文选择了具有不饱和金属空位的MOFs材料做为研究对象,采用溶剂热合成法,在不同条件下合成了样品[Mn(NDC)(DEF)]n、Mn3(NDC)3(DMF)4、Mn5(btac)4(μ3-OH)2(EtOH)2DMF·-3EtOH·3H2O、Mn/dobdc、Ni/dobdc、Co/dobdc和Mg/dobdc(MOF-74),在后续的试验中详细考察了合成温度、反应时间、溶剂、物料配比各个因素对样品合成的影响,得到了最佳反应条件,采用X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描(SEM)和热重分析(TG)的手段分析了样品的结构、形貌特征和热稳定性,并且对各个样品的02吸附性能进行了测试。主要的研究内容和结论包括以下几个方面：(1)样品[Mn(NDC)(DEF)]n的最佳合成条件是：n(M2+):n(2,6-ndc)=0.5-mmol/0.5mmol,溶剂DEF=3.5ml,反应时间为24h,合成温度为105℃；样品Mn3(NDC)3(DMF)4的最佳的合成条件是：n(M2+):n(2,6-ndc)=0.5mmol/0.5-mmol,溶剂DMF=7ml,反应时间为24h,合成温度为110℃；样品Mn5(btac)4(μ3-OH)2(EtOH)2·DMF·3EtOH·3H2O的最佳的合成条件是：n(M2+):n(H2btac)=0.5mmol/0.4mmol,溶剂体系为DMF/EtOH/H2O=4ml/4ml/-1ml,反应时间为72h,合成温度为200℃。从O2的吸附等温线可以看出,Mn5(btac)4(μ3-OH)2(EtOH)2DMF·3EtOH·-3H2O在较低压力下对O2有化学吸附作用,这种化学吸附作用随着温度的降低逐渐减弱(25℃时为2.14wt%,-5℃时为0.47wt%),最后完全转变为物理吸附,说明了该样品对O2的化学吸附属于吸热反应。此外,该样品循环利用两次对O2的化学吸附量发生很大变化(2.14wt%和0.53wt%),这主要是由于该样品的骨架结构中不同配位方式的不饱和金属Mn原子周围的电子云密度不同：电子云密度过高的金属Mn原子与O2发生了不可逆的化学吸附作用,而电子云密度较为适中的金属Mn原子可以对O2发生可逆的化学吸附。然而,样品[Mn(NDC)(DEF)]n和Mn3(NDC)3(DMF)4对O2的吸附过程属于物理吸附,说明这两种样品骨架结构中的配位方式使得不饱和金属Mn原子周围的电子云密度过低,不能够提供适宜的电子量给O2分子,导致它们与O2分子之间的作用很弱,不足以发生化学吸附作用。(2)样品Mn/dobdc的最佳的合成条件是：n(M2+):n(dobdc)=0.6mmol/0.2mmol,溶剂体系为DMF/EtOH/H2O=6ml/0.5ml/0.5ml,反应时间为24h,合成温度为120℃；样品Ni/dobdc的最佳合成条件是：n(M2+):n(dobdc)=0.75mmol/0.375mmol,溶剂体系为THF/H2O=5ml/5ml,反应时间为72h,合成温度为110℃；样品Co/dobdc的最佳合成条件是：n(M2+):n(dobdc)=0.75mmol/0.375mmol,溶剂体系为THF/H2O=5ml/5ml,反应时间为72h,合成温度为110℃；样品Mg/dobdc的最佳合成条件是：n(M2+):n(dobdc)=0.463mmol/0.14mmol,溶剂体系为DMF/EtOH/H2O=7.5ml/0.5ml/0.5ml，反应时间为20h,合成温度为125℃。从O2的吸附等温线可以看出,Mn/dobdc在较低压力下对02有可逆的化学吸附作用,这种化学吸附作用随着温度的降低逐渐减弱(25℃时为1.2wt%,-5℃时为0.33wt%),最后完全转变为物理吸附,说明了该样品对02的化学吸附属于吸热反应。此外,该样品循环利用两次对02的化学吸附量几乎没有变化(1.2wt%和1.196wt%),说明样品骨架中的不饱和金属Mn原子周围的电子云密度比较适中,较易与02之间发生可逆的化学吸附作用。在两次吸附测试过程中,样品对O2的物理吸附量发生一些变化,这可能是由于样品活化时引起骨架结构的部分坍塌所导致的。然而,Ni/dobdc、 Co/dobdc和Mg/dobdc三种样品对O2的吸附属于物理吸附,说明在具有相同配位结构的多孔材料中,中心金属原子的性质对O2的化学吸附产生很大影响。