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生物燃料（Biofuel）是可再生能源开发利用的重要方向之一,主要包括以氢气（H2）为代表的气体生物燃料和以生物醇为代表的液体生物燃料。然而,由于现有的产物分离技术处理效率低,生物燃料在其实际工业化生产过程中面临着过程能耗高的关键问题。膜分离技术因其选择性高、能耗低等优势,被认为是解决上述问题的分离技术之一。其中,聚合物分离膜因为其原材料价格低、可塑性强成为了目前应用最广的分离膜;并且为进一步提升膜分离性能,通过在聚合物基质中引入多孔粒子制备混合基质膜（Mixed Matrix Membranes,MMMs）是业界公认的有效方法之一。然而,聚合物膜与其混合基质膜受制于成膜相变过程及相界面物化性质的差异,在成膜过程中极易出现非选择性的缺陷,造成膜分离性能的损失。因此,如何制得致密的高性能无缺陷型分离膜具有重要的现实意义。基于此,本研究主要包括以下内容:首先,BTDA-TDI/MDI（P84）聚酰亚胺（PI）成膜需经历相转化过程,此过程中溶剂去除和聚合物重塑易造成膜选择层表面缺陷,进而导致膜性能下降;传统缺陷修复的方法耗时长且效率低。本研究提出了一种以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为修复剂,结合超快速光固化技术实现了P84膜表面缺陷的有效修复。通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）的表征,证明膜表面缺陷消失且选择层结构完整;通过实时红外光谱（RT-IR）和紫外流变的表征,证明PDMS修复时间仅需30 s,较传统PDMS热固化工艺取得了明显的提高。研究发现,通过对PDMS喷涂过程的条件优化,3 wt%PDMS喷涂浓度、2次喷涂循环次数制备的P84-PDMS-3A膜具有最佳的气体分离性能。P84-PDMS-3A膜的H2渗透率为20.9气体渗透单元（Gas permeation unit,GPU）,对H2/CH4的理想选择性达到231.9同时对H2/N2的理想选择性为98.8。其次,为进一步改善致密膜的分子传质性能,制备了金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks,MOFs）基混合基质膜。然而,在聚合物与MOFs界面处因两相物化性质差异大,易形成非选择性缺陷,对气体选择性分离产生不利的影响。本研究构建了一种无缺陷型ZIF-8/Kapton聚酰胺酸（PAA）混合基质膜体系,旨在强化多孔粒子与聚合物基质间的相互作用。首先制备氨基功能化的ZIF-8多孔粒子（ZIF-8-NH2）;然后在膜制备过程中,ZIF-8-NH2中的氨基与Kapton PAA中的羧基发生反应,ZIF-8-NH2与Kapton PAA共价结合。结果证明,该混合基质膜表面及截面形态无界面缺陷;45 wt%的ZIF-8-NH2/Kapton PAA MMM的H2渗透率为297.0 Barrer,H2/CH4的选择性为62.4,H2/N2的选择性为43.9。此外,为证明上述混合基质膜制备方法的普适性,本研究还制备了ZIF-8-NH2基的6FDA-Durene型PAA混合基质膜。结果表明,35 wt%的ZIF-8-NH2/6FDA-Durene MMM的H2渗透率为315.4 Barrer,H2/CH4和H2/N2的选择性分别为62.9和38.7,证明了该混合基质膜制备方法的普适性及其工业化应用前景。随后,本文基于上述研究设计了一种基于氢键/共价键共存的相界面,旨在提升6FDA-Durene聚酰亚胺与ZIF-90之间的相容性。利用ZIF-90中的自由醛基与氨基发生亚胺缩合反应,制备了氨基修饰的ZIF-90-NH2;利用ZIF-90-NH2的活性氨基和6FDA-Durene的羰基之间的氢键作用力提升界面相互作用。通过SEM、X射线衍射图谱（XRD）、氢核磁共振技术（~1H NMR）和X射线光电子能谱技术（XPS）的表征,证明了ZIF-90-NH2粒子的成功制备。结果表明,45 wt%的ZIF-90-NH2/6FDA-Durene MMM的CO2和H2渗透率分别为3031.5和2853.8 Barrer,CO2/CH4和H2/CH4的选择性分别为17.4和16.3,超过2008年的Robeson上限。进一步,通过三（2-氨基乙基）胺（TAEA）蒸汽热修饰法,使得6FDA-Durene的亚胺环开环,并实现ZIF-90-NH2与6FDA-Durene的共价结合。同时,ZIF-90-NH2/6FDA-Durene-TAEA MMM中丰富的氨基可以与CO2分子相互作用,降低CO2的渗透,延缓其扩散,从而提高H2/CO2的分离性能。结果表明,45 wt%的ZIF-90-NH2/6FDA-Durene-TAEA MMM的H2/CO2选择性提高至35.8,是未TAEA修饰MMM的6.8倍。最后,结合上述研究经验,制备了高性能无缺陷型ZIF-8/PDMS混合基质膜应用于生物丁醇的分离纯化。针对传统物理共混法面临的粒子分散不均匀的共性问题,本研究提出一种基于ZIF-8原位合成与PDMS交联同时发生的无缺陷型混合基质膜的制备方法,打破了传统物理填充造成的多孔粒子团聚瓶颈,获得了高传质结构的选择层。通过SEM和EDS表征,证明了无缺陷型的ZIF-8/PDMS MMMs结构的形成;通过XRD表征,证明ZIF-8粒子在ZIF-8/PDMS MMMs中的成功制备。结果表明,所制备的ZIF-8/PDMS MMMs在55℃下,分离1.5 wt%的丁醇水溶液总通量较纯PDMS膜增加了160%,进而证实了该方法的可行性。