当前我国资源、能源短缺,生态环境恶化等问题凸显,对资源、能源的利用水平和效率以及环境保护的要求日渐提高,因而迫切需要发展综合性能优异的新型分离膜及成膜方法,以提升膜技术的应用效果,拓宽膜技术的应用领域。理想的分离膜材料应当同时具有高渗透性和高渗透选择性,优良的机械强度、热化学稳定性以及抗污染性。但在目前的应用中,常规的聚合物分离膜在渗透性和渗透选择性之间不能达到一个均衡的理想状态,抗污染性能等也还有待提高。针对这些问题,有机-无机杂化是改善聚合物分离膜性能的有效方法之一。本论文采用浸渍-沉淀法分别制备了二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯（TiO₂-GO）和二氧化钛纳米粒子-聚乙二醇接枝氧化石墨烯（TiO₂-GO-PEG）复合物;然后通过原位聚合构建二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯复合物/聚酰亚胺（TiO₂-GO/PI）和二氧化钛纳米粒子-聚乙二醇接枝氧化石墨烯/聚酰亚胺（TiO₂-GO-PEG/PI）杂化气体分离膜,用于CO2气体分离,探讨膜结构和气体分离性能之间的关系;通过共混、浸渍沉淀相转法分别制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯（TiO₂-GO）/聚偏氟乙烯（TiO₂-GO/PVDF）和二氧化钛纳米粒子-聚乙二醇接枝氧化石墨烯/聚偏氟乙烯（TiI2-GO-PEG/PVDF）杂化超滤膜,分析二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯（TiO₂-GO）和二氧化钛纳米粒子-聚乙二醇接枝氧化石墨烯（TiO₂-GO-PEG）复合物的掺杂对超滤膜抗污染性能等的影响。二氧化钛纳米粒子-石墨烯复合物的研制以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍沉淀法分别制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯（TiO₂-GO）和二氧化钛纳米粒子-聚乙二醇接枝氧化石墨烯（TiO₂-GO-PEG）两种复合物,利用红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、透射电镜（TEM）、X射线电子能谱（XPS）和热失重（TGA）对两种复合物的结构、形貌和热稳定性进行了测试,测试结果表明:两种复合物在有机溶剂DMAc中的分散性均优于GO,同时复合物的热稳定较GO也有提高。当TiO₂-GO复合物中TiO₂的质量分数为15%时,TiO₂纳米粒子可以均匀地分布在GO片层上,复合物的分散性最好,缺陷程度最大。当TiO₂-GO-PEG复合物中PEG分子量为2000时,复合物在DMAc中的分散性最好。二氧化钛纳米粒子-石墨烯/聚酰亚胺杂化气体分离膜的研究将制备得到的两种复合物分别与4,4’-（六氟异丙烯）邻苯二甲酸酐和4,4’-二氨基二苯醚两种单体通过原位聚合法制备得到TiO₂-GO/PI杂化膜和TiO₂-GO-PEG/PI杂化膜,采用红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、热失重（TGA）、Zeta电位和表面接触角等表征了杂化膜的形貌和结构,探讨了两种复合物的掺杂对杂化膜的气体分离性能的影响。结果表明:添加了复合物的杂化膜与PI膜在宏观上都表现为均一透明状态。TiO₂-GO和TiO₂-GO-PEG复合物的掺杂都可以提高杂化膜的CO2、N2渗透性能。TiO₂-GO复合物中TiO₂粒子数量会影响复合物在杂化膜中的分散性,TiO₂质量分数过高时,复合物在膜中的分散性反而变差,从而会降低杂化膜的气体渗透性能。当TiO₂-GO复合物添加了为1 wt%,其中TiO₂质量分数为15%时,杂化膜的CO2渗透通量可达360 Barrer,CO2/N2选择性在30左右。当TiO₂-GO-PEG复合物添加量为1 wt%,其中TiO₂质量分数同为15%,使用分子量1000的PEG修饰GO时,杂化膜的CO2渗透通量达到最大458.09 Barrer,复合物中PEG分子量为2000时,杂化膜的CO2/N2渗透选择性可达25.12。二氧化钛纳米粒子-石墨烯/聚偏氟乙烯杂化超滤膜的研究分别将TiO₂-GO和TiO₂-GO-PEG两种复合物与PVDF通过共混、浸渍沉淀相转法制备得到TiO₂-GO/PVDF和TiO₂-GO-PEG/PVDF杂化超滤膜,采用红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、Zeta电位和表面接触角等表征了杂化膜的形貌和结构,探讨了两种复合物的掺杂对杂化膜性能的影响。结果表明:TiO₂-GO和TiO₂-GO-PEG两种复合物的强亲水性能有效改善杂化膜的表面亲水性能,同时可以加快液-液相分离速率,使得杂化膜的孔隙率增加,有利于提高杂化膜的水通量和抗污染性,但过量的掺杂会导致TiO₂-GO或TiO₂-GO-PEG在杂化膜中形成堆叠,反而降低杂化膜的亲水性和抗污染性能。对于TiO₂-GO/PVDF杂化膜,当TiO₂-GO复合物添加量为1 wt%,其中TiO₂质量分数为15%时,杂化膜的纯水通量最大,可达158.43 L*m-2*h-1,对 BSA 的截留率为 88.44%;对于 TiO₂-GO-PEG/PVDF 杂化膜,当TiO₂-GO-PEG添加量为1 wt%,采用分子量1000的PEG修饰GO时,杂化膜的纯水通量为244.97 L*m-2*h-1,对BSA的截留率最佳,为88.38%。