分离CO₂膜技术凭借其能耗低、操作弹性大等优势,在天然气、合成气等能源气体纯化和温室气体减排等领域具有重大应用前景。然而,目前商品膜的CO₂分离性能不够高,限制了其大规模工业应用。为提高CO₂分离膜的性能,本文开展了以下两方面工作。首先,将含有氨基载体的二乙醇胺（DEA）引入较为亲水的聚醚砜（PES）中,采用相转化法在无纺布上一步制备非对称膜。DEA可以调控PES的结构,抑制膜内大孔结构出现,同时可与CO₂发生可逆作用,从而提高膜的分离性能。分别考察了PES浓度、DEA浓度、湿涂层厚度等因素对膜结构及性能的影响,结果表明PES浓度高（27 wt%）、DEA浓度适中（12 wt%）和湿涂层厚度大（300μm）的膜更容易具有致密的表面结构,CO₂分离能力更强。采用最优制膜工艺得到的膜,其CO₂分离性能高于商品膜,且稳定性良好,有望用于实际分离过程。此外,以聚乙烯基胺（PVAm）为连续相,以共价有机骨架材料（COFs）为分散相,在聚砜（PSf）支撑层表面制备混合基质膜。PVAm提供大量的氨基载体和一定的刚性结构,COF提供气体高速传递通道,同时PVAm与COF之间具有良好的界面相容性。所制COF-PVAm膜对CO₂/N₂（15/85）、CO₂/CH₄（10/90）和CO₂/H₂（40/60）物系的CO₂渗透速率分别为889、677和396 GPU,分离因子分别为65.8、60和15。在此基础上,引入硅橡胶（PDMS）中间层,采用多层复合工艺制备出分离层仅为150 nm的超薄膜。制备出骨架相同、表面结构不同的三种COFs材料（COF_L、COF_M和COF_p）,考察了COFs表面基团和链段对界面形态的影响。结果表明,COF_M的表面氨基可以增强界面相容性,COF_p表面接枝的PVAm链段可以诱导聚合物基质穿插进入孔道,且可以避免高压下聚合物链段灵活性增强导致的膜性能下降。通过改变PVAm的分子量,同时调控了PVAm和COF_p孔道的结构。PVAm链段在COF_p孔道中的适度穿插,使孔道壁富含氨基且孔径在2d_CO2～2d _CO2+d _N2,CH4或H2范围内,从而保证了CO₂在孔内优先吸附-单分子层表面扩散。建立了穿插模型,实现了对气体分子在COF_p-PVAm膜中传递路径的定量模拟。结果表明,在0.15 MPa下约三分之一CO₂仅通过聚合物基质传递,约三分之二CO₂经过COF的通道传递。COF_p-PVAm膜对CO₂/N₂（15/85）、CO₂/CH₄（10/90）和CO₂/H₂（40/60）混合气均表现出优异分离性能,在0.15 MPa下,CO₂渗透速率分别为1789、1678和1342 GPU,分离因子分别为86、60.4和22。