随着全球经济发展和人口增长,CO₂等温室气体的排放是引起温室效应的重要原因。其中,绝大部分的CO₂是由化石燃料燃烧产生的。未来几十年内化石燃料依然会是主要的能源,因此从烟道气中分离和回收利用CO₂对减少温室气体的排放有重要意义。传统的物理吸收法、化学吸收法、低温法等回收烟道气中CO₂或多或少存在一些不足,而膜分离法因具有高效、节能、环保、易于控制等特征,成为捕集CO₂最为优势的方法之一。然而,现有的气体分离膜材料普遍受到气体的渗透性和选择性间“trade-off”的限制,而有机物/纳米材料复合膜的研究为解决这一问题提供了新思路和新方法。研究发现,无机纳米粒子同聚合物基质间的相互作用、被分离气体的性质及膜的制备方法均对气体分离性能有着重要影响。为了提高纳米粒子在高分子基质中的均匀分散性,本文利用化学修饰法对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行改性,进而采用共混法制备了MWCNTs/乙基纤维素（EC）和MWCNTs/Cardo型自有微孔聚合物（Cardo-PIM-1）两种复合膜,并研究了复合膜的气体分离性能。在EC/MWCNTs纳米复合膜部分,首先利用混酸及乙二胺对MWCNTs进行化学修饰,通过红外光谱、X光电子能谱及透射电镜等手段表征发现,功能化处理可使MWCNTs管间缠结作用基本消失,且管长明显变短,进而优化其分散性;同时功能化修饰可成功在MWCNTs表面接枝-COOH、-OH及-NH₂等可与CO₂发生相互作用的基团。进而采用共混法制备了功能化MWCNTs（f-MWCNTs）/EC纳米复合膜材料,利用扫描电镜、X射线衍射对膜的形貌结构进行表征,结果发现MWCNTs的加入并未破坏EC基质的基本结构,但可扰乱高分子链段的堆积,进而提高高分子的平均链间距及自由体积（fractional free volume,FFV）,从而有利于膜材料气体渗透性能的提高。拉力测试研究发现,MWCNTs掺入可提高复合膜材料的机械性能。气体分离性能结果显示,相较于纯EC（p-EC）膜和掺杂未改性MWCNTs（p-MWCNTs）的EC/p-MWCNTs复合膜,掺杂了氨基功能化修饰MWCNTs（n-MWCNTs）的EC/n-MWCNTs复合膜表现出了更优的CO₂分离性能,特别是n-MWCNTs含量为0.66 wt.%时,CO₂的渗透系数由112.5Barre（p-EC膜）和134.5 Barrer（EC/p-MWCNTs）增大到153.9 Barrer（EC/n-MWCNTs）,CO₂/N₂的分离系数由16.04（p-EC膜）和23.30（EC/p-MWCNTs）增大到27.00（EC/n-MWCNTs）。在Cardo-PIM-1/MWCNTs纳米复合膜部分,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,四氟对苯二腈（TFTPN）单体、5,5’,6,6’-四羟基-3,3’,3,3’-四甲基-1,1’-螺双茚满（TTSBI）单体与9,9-双（3,4-羟基苯基）-芴（BDPF）（其中TFTPN、TTSBI与BDPF的摩尔比为2:1:1）为聚合反应单体,使用溶液聚合的方法通过单体之间的亲核反应,制备具有铰链结构的自有微孔聚合物—Cardo-PIM-1。进而将Cardo-PIM-1与MWCNTs共混制备复合膜。通过红外光谱、X射线衍射、核磁共振、凝胶色谱及氮气吸附对其进行结构表征和性能评价,研究发现合成Cardo-PIM-1粉末的最佳反应条件为以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂在65℃条件下反应72 h,其中Cardo-PIM-1粉末的比表面积为533 m²/g,总孔容为0.38 cm³·g^-1,孔径集中分布在0.4 nm处。通过对Cardo-PIM-1/MWCNTs纳米复合膜的形貌结构表征发现,MWCNTs可以很好地融合进Cardo-PIM-1基质中,特别是n-MWCNTs在Cardo-PIM-1基质中分散良好。复合膜的气体分离性能结果显示,n-MWCNTs的加入可明显提高膜的CO₂分离性能,特别是当n-MWCNTs掺杂量为7.5wt.%时,其对CO₂的渗透系数由13160 Barrer（p-Cardo-PIM-1）和5336 Barrer（Cardo-PIM-1/p-MWCNTs）增大到28624 Barrer（Cardo-PIM-1/n-MWCNTs）,CO₂/N₂的分离系数由14.7（p-Cardo-PIM-1）和11（Cardo-PIM-1/p-MWCNTs）增大到23（Cardo-PIM-1/n-MWCNTs）。由此可见,Cardo-PIM-1/n-MWCNTs复合膜将在气体分离领域具有良好的发展前景。