气体分离膜技术具有节能高效、绿色环保和低成本等优点,在工业应用领域具有极大的竞争优势。含有刚性扭曲的分子链结构的芳香族聚酰亚胺是目前应用最广泛的气体分离膜材料之一,它具有良好的耐热性、机械强度以及出色的气体筛分性能。然而,聚酰亚胺膜不可避免地面临着气体渗透性和选择性相互制约（trade off）的问题,高渗透性的聚合物膜往往选择性较差,反之亦然;此外,以聚酰亚胺为代表的聚合物材料,面临着稳定性较差的问题,主要涉及塑化和老化。这两点问题限制了聚酰亚胺膜在工业上的进一步应用。本论文利用间苯二甲酸二酰肼（IPD）化合物在聚合物分子链间引入非共价键,对聚合物分子链间距进行调节。将IPD加入6FDA-Durene Plyimide（Du-PI）材料中,可形成链间的氢键作用,大大增强了分子间相互作用,对分子链间距进行有效调控,从而对多种气体对的选择性和分离稳定性同时提升;此外,将IPD分子作为胺单体与酸酐进行聚合反应,得到了酰肼型聚酰亚胺。实现了在聚酰亚胺主链直接引入酰肼极性分子,进一步增强了主链间的相互作用,大大提升膜材料的筛分性能,并通过热处理的方式对分子链间作用力进行调控,制备了高性能的氢气/二氧化碳分离膜。本论文主要包括以下两个部分的工作:（1）利用IPD构建氢键改性聚酰亚胺气体分离膜。交联能够有效提升聚酰亚胺膜的气体选择性和分离稳定性,这是由于增加了链的堆砌密度和链刚性。然而,常规的交联剂往往会与聚酰亚胺分子链发生化学反应,破坏聚酰亚胺的化学结构。本论文以简单的共混方式,将IPD掺杂到Du-PI膜中,在Du-PI分子链间引入强氢键。相较于常规的交联剂,IPD分子上的氨基碱性较弱,不会与Du-PI的分子链发生化学反应,聚酰亚胺分子主链结构得以保持,因此改性后的材料表现出良好的热稳定性和机械性能。此外,IPD与Du-PI分子链间形成的强氢键作用力,增大了聚酰亚胺分子链刚性,有效限制分子链的运动,减小链间距和自由体积,因此膜的气体选择性和分离稳定性显著提升。IPD 添加量为 20%时,膜对 H2/N2、H2/CH4、H2/CO2、O2/N2和 CO2/CH4气体对的气体选择性相比于Du-PI分别提高了 296%、505%、125%、66%和171%,CO2塑化压力为21 bar。（2）热退火调节聚合物分子链制备H2/CO2气体分离膜。本论文采用4,4’-（六氟异丙烯）二酞酸酐（6FDA）和4,4’-二邻苯二甲酸酐（BPDA）分别与IPD缩聚,将酰肼极性分子引入聚酰亚胺主链中,合成得到两种结构不同的聚合物材料—6FDA-IPD和BPDA-IPD聚酰肼酰亚胺,并分别以其作为前驱体进行热处理,制备得具有出色H2/CO2分离能力的膜材料。6FDA-IPD分子具有刚性扭曲结构,在热处理过程中,原本存在于6FDA-IPD分子链间氢键作用力逐渐减弱,同时6FDA中大体积基团阻碍了分子链间的π-π堆叠,链堆砌效率降低、链间距增加,因此小尺寸气体H2分子更容易在链间孔道结构通过,而尺寸较大的CO2分子在膜内的扩散明显受限,最终膜材料表现出更高的选择性;而BPDA-IPD分子中平面的联苯结构,极易在加热过程中相互接近并形成π-π结构,分子链的堆砌方式趋向于紧密,因此对气体分子尺寸的筛分效应更加明显。经过热处理后,6FDA-IPD的H2/CO2选择性从4.1增至9.4,BPDA-IPD的H2/CO2选择性则从14.0增至24.5,都超过了 2008年罗伯逊上限（upper bound）。