纺织行业的Lyocell工艺通过新型溶剂N-甲基吗啉N-氧化物物理溶解纤维素,可以避免纤维素化学降解,并保留其天然特性。本论文借鉴该工艺,采用溶剂法制备了纤维素中空纤维膜并对其性能进行了研究。首次采用湿法纺制出均质无孔的纤维素中空纤维气体分离膜。湿膜经自然干燥后结构致密化,无明显气体渗透性能。加湿后水分渗入纤维素无定形区形成“水通道”,气体通过溶解扩散在该“水通道”中得到渗透分离,故水含量对气体渗透速率影响显著。CO₂在水中具有较高的溶解度,故在水“溶胀”后的膜中表现出较好的渗透性能,对N₂、CH₄甚至H₂都具有较高的理想分离因子。考察了干燥方法对非对称纤维素中空纤维膜结构与性能的影响,并提出了一种新的干燥机理。自然干燥与乙醇置换干燥因为液体分子间存在较强的氢键作用,干燥过程中随着液体的挥发会产生拉力使得纤维素分子互相靠近,最终使得干膜结构完全致密化,无明显气体渗透性能;而2-丁酮置换以及乙醇正己烷置换干燥,尤其是后者,因为液体分子间作用力较弱,可以很好地保护膜的非对称结构,干膜表现出明显的气体渗透性能。芯液中添加低沸点醇类有利于膜内侧的液-液分相,产生指状孔,但是“气泡丝”的产生破坏了纺丝稳定性;芯液中添加溶剂则可以限制液-液分相的进行,随着溶剂浓度提高,膜内侧指状孔渐渐消失,整体结构更加致密;随着干纺距离增加,纤维素中空纤维膜内侧的指状孔区域逐渐变大,同时出现较大的孔;凝胶浴温度的增加对膜内侧指状孔区域影响不大,但是膜外侧结构会越来越疏松,出现海绵状结构。最后考察了纤维素中空纤维膜的气体加湿性能,实验结果表明该膜透水性能优异,对燃料电池反应气体具备气密性,加湿效果明显,具有应用于燃料电池加湿系统的潜力。