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膜分离法作为一种高效、经济、便捷,洁净的新型分离技术,在气体分离领域具有广阔的应用前景,开发低成本、具备较好分离性能的CO2分离膜已然成为研究热点。在众多膜材料中,虽然聚电解质具有较强的结晶趋势,但其具备良好的亲水性,较好的溶解机制,易于交联,成膜性好等优点,通过合适的改性能够加强膜的机械性能,充分发挥水在膜中的促进作用,是一类具有较好发展前景的膜材料之一。传统高分子膜以溶解扩散为基本气体传递机制,气体渗透通量与选择性之间存在Trade off效应,为此,本文在不引入碱性载体的基础上,以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基质,利用功能化修饰的埃洛石纳米管、氧化石墨烯等调控高分子膜结构,设计制备出两种杂化膜,期望CO2以离子形式在膜内传递,通过一系列结构表征和性能测试,集中考察水及阴阳离子的作用,探究加湿状态下,CO2在杂化膜中的传递机理。内容及结论如下:(1)季铵化咪唑功能化修饰HNTs的制备及杂化膜气体性能研究:受燃料电池中碱性膜较好的OH-传递特性的启发,将季铵化咪唑刷接枝埃洛石纳米管表面,并引入磺化聚醚醚酮材料中,初步探索以离子传递为主导的气体传递过程,实验表明7.5%-C4-VI-m HNTs/SP杂化膜65℃,1bar压力下的渗透通量达到162barrer,选择性达到20,渗透通量较空白膜提高了80%,但其选择性仍不理想。(2)季铵化咪唑功能化修饰GO的制备及杂化膜气体性能研究:为提高气体膜选择性,将C4-VI-MGO/SP引入SPEEK膜中,从而构建出以“离子交换”为主的传递通道。季铵化咪唑修饰的GO主要拥有以下几个方面的优势:(i)氧化石墨烯为较大长径比的二维片层材料,GO的引入使气体传递路径曲折复杂;(ii)沉淀共蒸馏所制备的咪唑刷嵌入高分子基质中,与高分子之间具备较大的接触面积,有利于H+与HCO3-的传导,从而实现离子传递;(iii)咪唑阳离子与磺酸阴离子可分别与水结合,产生“盐析效应”,增大气体选择性。咪唑阳离子可促进HCO3-离子传递,磺酸阴离子可促进质子传递,双管齐下,增大CO2渗透通量。本实验所制备的杂化膜拥有较好的气体分离性能,5bar压力下,气体渗透通量达到329barrer,选择性达到73,突破了Robeon上限。