在天然气、生物气及煤层气的分离中，CO2和CH4的分离至关重要。在天然气中，CO2的存在会减少天然气的热值，同时由于酸性CO2会对管道具有腐蚀作用，因此CO2必须天然气中去除。分子筛膜与聚合物膜相比，具有更高的分离能力、更高的机械强度以及化学稳定性等优势，因此在天然气等气体纯化过程中具有较高的竞争力。　　SAPO-34分子筛是一种具有CHA结构的磷硅铝型分子筛，CHA骨架结构由D6R经ABC堆积的方式交错堆积形成具有0.38 nm×0.38 nm孔道大小的八元环结构。这个孔道直径刚好介于CO2(H2)和低碳烃类分子大小之间。在通过SAPO-34分子筛制备成的膜在CO2和CH4混合体系分离中具有较高的应用前景。本课题以制备取向SAPO-34分子筛膜来得到更高的渗透性能，研究工作主要分为两部分:　　1、通过水热合成法，研究了不同模板剂类型和溶胶组成对SAPO-34分子筛微观结构的影响，控制晶体形貌的形成，制备出纳米片状、球状和立方形SAPO-34分子筛晶体。在200 nm的α-Al2O3的支撑体上采用不同形貌的分子筛合成了SAPO-34分子筛膜。研究发现立方形和球形分子筛制备的膜层不具有取向结构，而片状SAPO-34分子筛由于更易平铺形成取向的晶种层，从而可以制备得到取向的SAPO-34分子筛膜。考察了分子筛膜的晶化过程，并通过XRD和SEM等表征手段对分子筛晶体和膜微结构进行了表征，揭示了取向分子筛膜层的形成历程。优化条件下制备的取向SAPO-34分子筛膜具有高的CO2/CH4和N2/CH4混合气体的分离性能。在295 K和0.3 MPa的压差下，SAPO-34分子筛膜在等摩尔CO2和CH4的分离体系中的CO2渗透通率达到3.1×10-6 mol/(m2 s Pa)，CO2/CH4的分离选择性达到240。该分离性能远高于聚合物膜Robinson上限，也高于目前已报道的其他分子筛膜的分离性能。　　2、采用H2、N2、CO2、CH4和C2H4单组份气体及CO2/CH4和N2/CH4混合组份气体表征了SAPO-34分子筛膜的气体分离属性。单气体测试结果中看出随着渗透气体的动力学直径增加，通过膜的单组份气体的渗透速率随之降低，由于膜对CO2分子具有更强的吸附作用，因此CO2单气体渗透速率高于分子动力学直径更小的H2。CO2/CH4混合体系中，CO2渗透速率随着测试温度和压力增加有较大幅度的降低;而在N2/CH4混合体系中，N2渗透速率随着测试温度和压力增加的降低幅度不明显。CH4分子渗透速率在两分离体系中均表现出与温度和压力无明显变化的现象。各种气体分子随温度和压力变化关系的不同主要取决于它们在SAPO-34分子筛膜表面的吸附能力不同。通过Maxwell-Stefan模型对CO2和CH4的单气体及混合组份在SAPO-34分子筛膜层中的渗透行为进行预测。研究结果表明，对于无取向SAPO-34分子筛膜，Maxwell-Stefan模型能很好地预测CO2和CH4在单组份或混合组份状态下的渗透速率;而对于取向分子筛膜，Maxwell-Stefan模型在拟合CO2渗透速率时，实验值高出模型预测值的数倍（高CO2/CH4选择性表明了该膜的致密性）。更高的测试值主要归结于膜层的取向效应。