传统冶金行业在实际生产过程中往往伴随着高能耗,高污染等缺点,对周边的生态环境往往会造成巨大的影响。而在生产环节中产生的副产品里,高炉煤气,焦炉煤气及转炉煤气含有一定比例的可燃成分,具有一定热值。但由于其成分主要为CO2,N2等不可燃成分,使其热值较低,难以直接实现循环利用。同时大量气体回收利用成本高昂等问题的存在,导致每年有大量的气体被直接排放,在无形中也加剧了冶金行业的能源消耗,不利于实现降耗,可持续生产的发展目标。因此提高高炉煤气等气体副产物的热值,是实现副产物回收循环利用、降低能耗、减少大气污染的前提,也是当前资源循环利用的热点。膜分离技术作为一种高效,经济,环保的分离技术,已广泛适用于各类分离领域,如海水淡化,有机溶剂分离等,在气体分离领域也已实现应用。针对当前冶金行业产生的大量高炉煤气热值低的问题,本论文以氧化石墨烯,碳纳米管和金属氧化物TiO2为添加粒子,以有机聚合物聚砜为基体材料制备了混合基质膜,并对CO2和N2进行了气体渗透和分离试验,为实际应用于分离高炉煤气中的非可燃成分,提高高炉煤气的热值,进而为实现高炉煤气在冶金行业生产中的循环利用提供了依据。本论文以天然鳞片石墨为原料,制备了氧化石墨烯,并用扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）,傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等表征手段对制备的氧化石墨烯进行了表征,表征结果显示制备的氧化石墨烯具有层数较少,含有多种含氧基团的特点;采用混酸法对市售的碳纳米管进行了预处理以去除其中的杂质,并对碳纳米管表面进行改性处理。SEM,TEM,FT-IR等表征结果显示,处理后的碳纳米管几乎无杂质,表面负载有一定的含氧基团且管口成开放状态。含氧基团的引入,提升了氧化石墨烯和碳纳米管分散性能,改善了纳米材料难分散,易团聚的缺点,有助于填充粒子均匀分布于聚合物基质中,改善混合基质膜的均匀性。以水热法制备了二氧化钛纳米管,相关表征结果表明成功制备了具有管状结构的二氧化钛。以N,N-二甲基甲酰胺作为聚砜的溶剂和无机填充粒子的分散剂,采用溶液铸膜法制备了一系列的混合基质膜。控制含有无机粒子的分散液添加到聚砜溶液中的方式,超声时间,功率等相关因素,使填充粒子能够均匀分布于聚砜基体中。采用实验室自组设备对膜的气体渗透性能和分离性能进行了研究,通过改变填充相粒子的浓度,进气压力,气体种类等相关因素,分析了不同条件下膜的气体分离性能。结果表明,随着碳纳米管和二氧化钛添加量的增加,无论是CO2还是N2,气体渗透系数都呈现显著增加的趋势。与纯聚砜膜相比,添加了氧化石墨烯和碳纳米管后,混合基质膜的 CO2渗透系数最大可增加422 Barrer,N2的渗透系数最大可增加209 Barrer;添加二氧化钛后,混合基质膜的CO2渗透系数最大可增加426 Barrer,N2的渗透系数最大可增加 185 Barrer,说明碳纳米管和二氧化钛的添加对CO2渗透性能的改善更加明显;当改变进气侧压力时,膜的气体渗透性能与压力呈现正相关,进气侧压力从0.1 MPa增加到0.2 MPa时,CO2和N2的渗透系数均呈现增加趋势,但CO2的渗透系数增加幅度明显小于N2,说明增加进气压力对N2渗透性能的提升显著高于CO2。对CO2和N2的理想分离系数也进行了表征,结果显示GO/CNTs/PSF混合基质膜在0.1 MPa下,CO2/N2的理想选择性最大值为1.94,TiO2/P SF混合基质膜理想选择性最大可达到1.85;而在0.2 MPa下GO/CNTs/PSF混合基质膜理想选择性最大值却下降到了1.31,TiO2/P SF混合基质膜理性选择性最大值为1.42,进一步说明了压力的增加对N2渗透系数的影响要高于CO2。