共价-有机骨架材料(covalent-organic frameworks,COFs)是一类通过共价键连接的新型晶体多孔材料,具有周期性扩展的网络结构。COFs由于其特殊的结构特点,如组成元素为轻元素(大部分COFs的组成元素为C、N、O),大比表面积,可调的孔径,易调控裁剪的有机连接体等,在气体吸附分离和液相大分子高效分离等领域具有广阔的应用前景。近年来,由共价有机骨架材料制备的独立COF膜和基于COF的复合膜受到了广泛的关注。特别是,二维共价有机骨架纳米片由于大面厚比,完美的晶体结构等结构优点,可制备规整的超薄COF膜,在分离方面有巨大的应用潜力。为此,本论文以制备超薄共价有机骨架纳米片(covalent-organic framework nanosheets,CONs)为基础,提出了多种制膜方法,并合成了基于二维共价有机骨架膜材料,展现出优异的气体分离性能。针对于目前CONs合成方法较为复杂、孔径普遍较大等难点,本工作分别提出了“自下而上”和“自上而下”的合成策略,制备出了可用于气体分离的CONs基超薄分离膜。具体成果如下:(1)采用“自上而下”的合成策略,通过对块状COF材料进行液相湿磨并且用超声辅助剥离法得到了超薄CTF-1纳米片。采用“自下而上”的合成策略,通过直接生长的界面聚合法得到了超薄TpPa-HSO3纳米片。并且使用TEM和AFM等表征手段对纳米片的形貌进行研究。(2)二维(2D)共价有机骨架(COF)材料可以剥离成单层或寡层纳米片,然后通过控制重新堆叠的方式和厚度重新堆叠形成超薄膜。但是,传统方法主要依靠增加厚度(垂直方向控制)来实现高分离选择性,这仍然限制了高渗透率的实现。本工作提出了引入热扰动的加热真空过滤方法,通过调控水平方向重新堆叠控制来制备COF超薄膜。在不牺牲厚度控制的情况下,可优化纳米片沿着载体表面在水平方向上的相对位移。所获得的COF膜展现出较高的H2渗透率(655.6 GPU)和高的H2/CO2选择性(43.2)。此外,该方法可以扩展到其他基于二维(2D)COF纳米片的膜,可控制2D COF膜的再堆叠微结构和相应特性。(3)研究了超薄CTF-1纳米片为填充物的混合基质膜(MMMs)对CO2/CH4和CO2/N2混合体系的分离性能。超薄CONs不仅改善了聚合物膜的分离性能和传输通量,而且纳米级的厚度使得其与聚合物具有良好的相容性。基于CONs制备的MMM在工业混合气测试和长时间的稳定性测试中仍然展现出优异的分离性能。