CO2分离膜技术在能源气体净化和温室气体减排领域表现出广阔的应用前景，对缓解当前能源和环境危机具有重要意义。但是，目前膜的CO2分离性能不够高，限制了其大规模工业应用。提高膜CO2分离性能的传统方法是强化单一的选择透过机制。这带来两方面的问题：第一，构筑和调控膜结构的手段单一，难以避免不良膜结构产生，从而限制膜性能提高；第二，无法充分利用气体分子在多个方面的性质差异，从而很难实现对多种含CO2物系的高效分离。本文提出并验证了解决这些问题的有效途径为：联合多种选择透过机制，制备多选择机制膜。联合多种选择透过机制可以从多个方面优化膜结构，提高膜性能。同时，多选择机制膜可以充分利用气体分子在尺寸、冷凝性和反应性等多方面性质差异，实现对多种含CO2物系的高效分离。首先，采用界面聚合，选用均苯三甲酰氯（TMC）为油相单体，含醚氧链段的二胺为水相单体，制备了兼具扩散和溶解选择机制的膜。TMC在膜内形成刚性的交联结构，强化膜的扩散选择性。醚氧基团与CO2有强极性作用，从而提高CO2的溶解度，强化膜的溶解选择性。分别采用含有21个醚氧基团的聚乙二醇二胺（DAmPEG）和含有3个醚氧基团的4,7,10-三氧-1,13-癸烷二胺（DGBAmE）为水相单体，考察了单体的醚氧链段长度不同所导致的成膜过程、膜结构及分离性能的差异。结果表明，DGBAmE在聚合过程中扩散速率更快，并更易于扩散透过初生膜，从而形成交联度更高的膜，使膜具有更高的分离性能。该工作实现了膜材料开发与成膜性考察同时进行，从而加速了新型膜材料实用进程。然后，以TMC为油相单体，以DGBAmE和含叔胺的N’N-双(3-氨丙基)甲胺（DNMDAm）共同为水相单体，制备兼具扩散、溶解和反应选择机制的多选择机制膜。结果表明，多选择机制膜具有理想的膜结构，例如，含有功能基团的交联结构、合适刚性的分子链及较低的结晶度等。同时，多选择机制膜可以充分利用气体分子在多方面的性质差异。因此，多选择机制膜对CO2/H2、CO2/CH4和CO2/N2混合气均表现出优异的选择透过性能，性能处于文献报道的先进水平。此外，发展了促进传递模型，结合实验，考察了微量SO2对多选择机制膜气体传递特性的影响。实验结果表明，SO2浓度不高于5000ppm时，膜的CO2/N2分离性能仅轻微下降。模型分析表明，分离性能下降的原因是SO2与CO2在膜内竞争吸着及竞争与载体反应，但是严重的浓差极化现象使SO2在膜表面分压极低，因此SO2对分离性能的影响不显著。研究表明，多选择机制膜可以耐受烟道气中微量SO2，在烟道气碳捕集领域具有良好的应用前景。