随着气候问题的加剧和地球资源的短缺问题日益严重,温室气体的分离、储存和利用迫在眉睫。聚合物基膜分离技术作为一种极具发展前景的大规模高效气体分离技术,由于其低成本、节能等优点,几十年来得到了广泛的研究。具有超高气体渗透性的自具微孔聚合物（PIMs）的出现,特别是在普通溶剂中具有优异溶解性的PIM-1,具有极大潜力成为下一代高性能CO2分离膜。尽管PIM-1膜具有较高的透气性和优异的可加工性,但其气体选择性相对较低,物理老化严重的问题限制了其发展,因此,致力于对PIM-1膜的气体选择性和长期稳定性的提高成为研究热点。本文从PIM-1自身分子结构的改性和利用金属有机框架纳米材料（MOFs）与之结合制备混合基质膜两种思路出发,通过改性方法的优化,MOFs的修饰以及混合基质膜构筑方法的设计,对PIM-1膜进行改性,对制备的气体分离膜的理化性质和气体分离性能进行深入的研究,并对其构效关系进行解析。通过热处理对PIM-1自身的分子结构进行调节。在氮气气氛下,选取中高段温度对PIM-1膜的微观结构进行调节,从而提高气体分离性能。在400～550℃的热处理过程中,在热诱导的交联和分解共同作用下,PIM-1膜的微孔结构得以优化,获得了更小的比表面积和微孔体积,从而提高膜的选择性,优化后的分离膜的H2渗透通量为234 Barrer,对应地,H2/N2选择性高达350、H2/CH4选择性为1472、H2/C3H8选择性为3774,CO2/CH4选择性为197,显著提高了膜对气体的尺寸筛分能力,气体分离性能均超过了“2008年气体分离上限”。利用简单易操作的热诱导的交联和分解的共同作用,气体选择性有显著的提高,同时改善了PIM-1膜的物理老化问题。采用了更加简便和低能耗的方法对PIM-1膜进行改性,与MOFs结合构筑混合基质膜。为解决混合基质膜的界面相容性问题,通过多巴胺（DA）的调节,在水溶液中制备了具有多巴胺表面修饰层的单分散ZIF-8（ZIF-8-DA）纳米晶体。与常规的ZIF-8不同,单分散ZIF-8-DA的形成过程经历了三个阶段的结晶过程,形成了菱形十二面体结构。多巴胺的修饰并未改变ZIF-8-DA的晶度和微孔结构。将ZIF-8-DA分别与PIM-1和Matrimid聚合物结合构筑混合基质膜,ZIF-8-DA与PIM-1和Matrimid聚合物均具有良好的界面,得益于ZIF-8-DA与Matrimid上基团的相互作用,以及ZIF-8-DA的孔隙特性,ZIF-8-DA/Matrimid混合基质膜比原始Matrimid聚酰亚胺膜具有更高的气体渗透通量和选择性。为进一步解决混合基质膜制备过程中的填料-聚合物界面相容性差、填料团聚和添加量受限的问题,设计了一种具有普适性的自下向上的原位生长方法,用于在聚合物基质中生长金属有机框架纳米材料（MOFs）。该方法省去了传统的合成后干燥的步骤,显著改善了MOF的分散性和界面相容性,构筑的混合基质膜中的ZIF-8负载量高达67.2 wt.%。与之前文献中报道的不同,该方法制备的混合基质膜提高了CO2的溶解系数,因此同时提高了CO2的渗透通量和选择性,并且在长期测试中也能保持优异的二氧化碳分离性能。此外,即使在超高的MOF负载量的情况下,混合基质膜依然保持其力学强度,提高了其可加工性,拓宽了其应用领域。