上世纪末以来,具有高比热、无污染的特性的氢气（H2）被公认为能源市场最有颠覆性的能源。蒸汽甲烷重整（SMR）结合水煤气变换（WGS）反应仍然是生产氢气的主要方法,两种方法都不可避免地引入了二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）。为了获得纯净的氢气,CO2和CH4的分离变得尤为重要。与一般的分离技术（例如变压吸附或低温分离）相比,多孔膜有望使之从高能耗工艺变为更可持续的绿色工艺。由于其具有合理控制的孔径和易于功能化,金属有机骨架材料（MOF）被广泛应用于制备分离膜。气体的分离主要取决于被分离分子的动力学直径,以及气体与膜材料之间的相互作用,而MOF材料拥有多样化的孔结构与支链基团,这使得我们可以根据分离需求设计不同的MOF材料,进而合成高分离性能的膜。MOF膜在气体分离中的潜力已得到充分证明。本论文就三种MOF膜材料及其在H2/CO2和H2/CH4分离方面的应用进行了一系列的研究,主要研究结果如下:1.聚合物膜的分离性能存在渗透速率和分离选择性之间的平衡,即存在罗伯逊上限（Robeson upper limit）。因此,结合高分子材料和精心选择的填料,科学家开发出了同时具有无机材料和聚合物材料优势的混合基质膜（MMMs膜）。多种无机材料,例如沸石,二氧化硅,碳纳米管和碳分子筛都可以用作MMMs膜的填料。但是,由于无机相和聚合物相之间的固有差异,在带有无机填料的MMMs膜中很容易出现界面空隙和硬化聚合物,大大影响膜的分离性能。作为MOF的一种,基于二价过渡金属阳离子和桥联取代的咪唑基阴离子的沸石骨架（ZIFs）已成为一种新型的结晶多孔材料,可用于制备具有优异分子筛性质的分子筛膜。我们合成了一种侧链含有大量苯环的新型ZIF材料作为填料,用同样含有大量五元、六元环的聚酰亚胺（PI）作为基质,合成了一种新型的MMMs膜。在10%的填料比下,该膜的H2/CO2和H2/CH4的混合气体分离因子可分别达到10.85与32.02。但是该膜的透量依然较低。2.纯MOF膜的透量往往高于MMMs膜,因此我们又合成了一种纯MOF膜。作为最稳定的MOF材料之一,UiO-66在制备分子筛膜方面引起了广泛的关注。本课题中,我们开发了一种新的合成后修饰（PSM）策略,即通过使用水杨醛（SA）修饰来增强多孔陶瓷管上负载的UiO-66-NH2膜的分离选择性,修饰后的膜称为UiO-66-NH2@SA膜。因为-NH2与SA反应生成亚氨基苯酚,使得UiO-66-NH2的孔径缩小,进而使H2/CO2和H2/CH4的混合气体分离因子得到了改善。值得注意的是,SA改性的UiO-66-NH2膜相当稳定,在200℃和1 bar的高操作温度下,H2/CO2的混合分离系数为11.3,H2/CH4的混合分离系数为22。此外,在空气中存放3个月后,没有观察到明显的性能下降。UiO-66-NH2@SA膜的这种高稳定性为氢分离和纯化的工业应用提供了可能。3.为进一步获得透量更大且原料便宜的MOF膜,我们探究了一种新型的制膜方式。受“相似相长”原理的启发,我们在疏水的聚偏二氟乙烯（PVDF）基材上制备了同样疏水的ZIF-8膜。然而,在溶剂热条件下聚合物基材的溶胀会严重影响ZIF-8膜的制备。因此,我们探究了一种简单的方法来制备PVDF基底,方法是在铜网（CN）上使用厚度为200μm的膜制备器刮膜,靠铜网的支撑来解决溶胀问题。铜网的支撑有效避免了PVDF底物的溶胀,并促进了致密膜的成核和生长。最后,我们在铜网支撑的PVDF基底上制备了高氢气选择性渗透膜。在25℃和1 bar下,发现H2/CO2和H2/CH4的等摩尔二元混合物分离系数分别为10.68和16.38,远远超过了相应努森扩散系数。此外,本研究中制备的ZIF-8膜在相对宽的工作温度范围和较长的工作时间下显示出极好的稳定性,这为工业应用提供了可能性。