溶胶-凝胶法制备的无定形SiO₂无机膜与有机膜相比，具有容易制备、孔结构优异、物理和化学稳定性高、机械强度大等特点，是一种理想的气体分离膜材料。然而，纯二氧化硅膜的水热稳定性较差，极大地限制其在实际工业中的应用。基于倍半硅氧烷单体的有机-无机杂化SiO₂膜材料骨架网络中存在桥联的有机基团，在此基础上对硅膜的孔表面用疏水基团进行化学改性（以取代部分羟基），可简单且有效提高SiO₂膜的水热稳定性能。本文采用1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和三氟丙基三甲氧基硅烷（TFPTMS）为前驱体，通过溶胶-凝胶法在酸性条件下制备了三氟丙基修饰的有机-无机杂化SiO₂溶胶，并利用dip-coating技术在百级洁净室中将经修饰的溶胶涂覆至γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃多孔陶瓷支撑体上。采用动态光散射技术（DLS）、视频光学接触角测量仪、红外光谱（FT-IR）、固体29Si魔角旋转核磁共振（29Si MAS NMR）和热重分析（TG）等手段表征了三氟丙基修饰对溶胶粒径和膜材料疏水性能影响，并在自制气体渗透装置上研究氢气透过膜的分离行为和输运机理。实验以该膜材料为核心组件组装膜反应器，探讨其在水煤气变换反应中的作用。结果表明三氟丙基已成功修饰到有机-无机杂化SiO₂膜材料中，膜表面平整光洁。随着TFPTMS修饰量的增加，溶胶粒径呈现减小的趋势，膜材料疏水性得到逐步提高。当n（TFPTMS）/n（BTESE）=0.6时，膜对水的接触角达111.6°±0.7°，此时硅溶胶的平均粒径为2.11nm。气体渗透与分离实验结果表明，H₂在修饰后（0.6TFPTMS）Hybrid-SiO₂膜材料中的输运主要遵循微孔（活化）扩散机理，300℃时H₂单组份渗透率为8.86×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1，H₂/CO₂理想分离系数达到了5.4，且当进气摩尔比例为1:1时H₂/CO₂双组分混合气体分离系数达4.82，均高于其Knudsen扩散分离因子（H₂/CO₂＝4.69），膜材料呈现出良好的分子筛分性能。其在模拟实际水煤气变换水热条件下，即在250℃及水蒸气摩尔含量为5%的水热环境中能够稳定工作达300h以上。水煤气变换反应研究得知，随着反应温度的升高，（0.6TFPTMS）Hybrid-SiO₂膜材料对氢气的选择透过性增强，膜反应器中CO的转化率逐渐增加，280℃且H₂O/CO摩尔比为3:1时的CO转化率达98.15%，超出了固定床中的CO转化率；当温度恒定时，随着水碳摩尔比的增加，CO转化率明显增大，在240℃且H₂O/CO摩尔比为0.5:1，1.5:1和3:1时，膜反应器中CO的转化率分别为53.5%，94.94%和97.9%。具体解释为随H₂O/CO摩尔比增加，H₂生成量相应地增加，反应体系中氢分压亦增大，气体在（0.6TFPTMS）Hybrid-SiO₂膜中的渗透驱动力-压差增大，H₂渗透量相应增加，膜材料对氢的分离效果明显，以提高水煤气变换膜反应器中CO的转化率。