煤层气是一种非常规天然气,由于其储量丰富,被认为是一种潜在的能源资源。氮气（N₂）作为其主要的杂质,其去除对富集甲烷（CH₄）实现煤层气的有效利用至关重要。由于CH₄和N₂的分子直径相近,极性相同,膜分离成为有效分离CH₄/N₂的最佳方法。聚合物,作为分离膜的主要材料,受到“Robeson?upper bound”的相互制约的关系,即不能同时具有优异的渗透性和选择性。在聚合物膜中加入无机填料制备混合基质膜（MMMs）可以打破其制约关系,甚至超越气体分离上限。金属有机骨架材料（MOFs）因其结构中有机配体的存在,与聚合物基质之间表现出良好的相容性。因此,本文旨在通过制备MOFs/聚合物混合基质膜来研究其CH₄/N₂的分离性能。本论文选择三嵌段聚合物SBS1301为基体材料,两种含Ni基的MOFs（[Ni₃（HCOO）₆]和Ni-MOF-74）作为无机填料,以THF为溶剂,采用机械共混和溶液涂膜法,制备了一系列的Ni-MOFs/SBS混合基质膜。具体考察了MOFs掺杂量、温度和压力对单气体CH₄和N₂的渗透性和选择性的影响。同时,对混合气CH₄/N₂（CH₄/N₂:15/85 vol%和50/50 vol%）的分离性能也进行了研究。具体的研究内容如下:1.采用水热合成法合成了[Ni₃（HCOO）₆],通过XRD,FT-IR和SEM表征,表明[Ni₃（HCOO）₆]合成成功,并与SBS基体制备了一系列的混合基质膜。对混合基质膜样品进行XRD测试证明[Ni₃（HCOO）₆]的骨架结构没有被破坏;红外进一步证明制备的混合基质膜同时包含两种物质的特征峰;TGA表明[Ni₃（HCOO）₆]的加入对混合基质膜的热稳定性能影响不大;SEM证明添加的[Ni₃（HCOO）₆]颗粒均匀分散在SBS基质中。单气体测试结果显示,当[Ni₃（HCOO）₆]掺杂量为5 wt%时,CH₄的渗透系数最高为80.1 Barrer（纯膜为38.6 Barrer）,提高了108%。随着温度的升高,CH₄的渗透系数可达181.8 Barrer（1.0 atm,55℃）。随着压力的升高,CH₄的渗透系数稍微下降。混合气体测试结果显示,对于样品[Ni₃（HCOO）₆]/SBS-5,CH₄的渗透系数为77.7 Barrer（纯膜为36.7 Barrer）,提高了117%。2.选择Ni-MOF-74作为无机颗粒分散相,掺入SBS基质中制成一系列的混合基质膜。首先对Ni-MOF-74进行了XRD,FT-IR,BET和SEM分析,证明其成功合成。然后对混合基质膜进行了XRD,FT-IR,SEM和TGA分析,结果显示,Ni-MOF-74的骨架结构并没有发生破坏并通过机械共混的方式均匀分散在SBS中。单气体测试结果显示,Ni-MOF-74/SBS-15样品的CH₄渗透系数最高,为83.5 Barrer,与纯膜相比提高了116%。温度为55℃时,CH₄的渗透系数可达176.6 Barrer。混合气体（CH₄/N₂:50/50 vol%）测试结果显示,[Ni₃（HCOO）₆]/SBS-5膜的CH₄的渗透系数为74.7 Barrer,与纯膜相比提高了104%。