碳分子筛膜,简称炭膜,是聚合物膜在惰性气体或真空氛围下经高温热解制备而成的新型炭基膜材料。相比于传统聚合物膜,炭膜拥有耐高温、耐腐蚀等优点。并且炭膜发达的极微孔结构提供了优异的气体渗透通道,有着比聚合物膜更高的气体渗透通量,可以超越Robeson上限。然而普通均质炭膜质地易碎,严重限制了炭膜的应用与发展。因此越来越多的研究人员将目光转向于复合炭膜。复合炭膜一般由基底和分离层两部分组成,其中基底提供良好的机械强度,由炭膜构成的分离层提供分离作用。正因为如此,复合炭膜拥有着比均质膜更薄的分离层,从而拥有更高的气体渗透通量。本文采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源修饰调控陶瓷纤维膜孔结构作为复合炭膜基膜。研究了溶胶各组份配比、环境条件以及添加剂对修饰效果的影响,并以修饰后的陶瓷纤维膜作基膜,制备PEK-C基复合炭膜,考察了铸膜液浓度、干燥温度、预氧化过程等因素对复合炭膜气体分离性能的影响。得到结果如下:1)溶胶各组分配比对溶胶体系的稳定性、凝胶体结构有着重要影响。当溶胶各组分摩尔比为TEOS:EtOH:H₂O:HCl=1:3:4:0.025时,修饰后的陶瓷纤维膜具有良好的微观孔结构和优异的气体渗透速率。2)改变干燥阶段环境条件和引入添加剂可以更好的调节凝胶和干燥过程,减小内部应力,防止凝胶体的龟裂和骨架结构的坍塌。陶瓷纤维膜的N₂气体通量达13570GPU,集中孔分布区间由0.25-0.35μm减小到0.15-0.18μm,>0.2μm的孔数量由37.7%下降到4.1%。3)预氧化过程可以有效提高复合炭膜的气体渗透通量。预氧化过程中PEK-C聚合物链之间发生交联反应,交联键以类似铆钉的方式固定聚合物链,抑制分子链在高温下的滑移,提高了炭膜的气体渗透通量。4)通过调节铸膜液浓度和干燥温度,炭膜的气体渗透性得到了显著提高。以15%浓度的PEK-C铸膜液,在60℃下干燥,并经预氧化、炭化过程制备的复合炭膜气体分离性能最佳,此时O₂和CO₂气体通量为分别为118.7GPU、602.3GPU,O₂/N₂和CO₂/N₂的选择性分别为5.68和28.81。