沼气作为一种可再生的清洁能源,可以解决天然气储量的枯竭问题,而刚采集的沼气中通常含有的杂质气体（主要成分:CO2）会影响其应用。因此,在使用沼气前必须进行CO2脱除过程。膜分离法因其分离效率高、绿色环保、能耗低等优点已成为目前CO2分离的研究热点。本论文以聚苯并咪唑（PBI）为膜基质,通过N-取代法接枝不同氨基功能化材料来改性PBI膜,以期在改性的PBI膜内构建不同结构的CO2传递路径来强化膜内的气体传递机制,以改善CO2分离性能,实现高效分离。本论文研究内容如下:（1）氨基笼状纳米粒子（NH2-POSS）改性PBI膜用于CO2的分离研究。通过N-取代法将NH2-POSS接枝在PBI分子骨架上,制备了PBI/NH2-POSS膜。NH2-POSS的接枝使PBI/NH2-POSS膜具有较为优异的CO2分离性能,主要归因于以下几个方面:首先,NH2-POSS接枝到PBI分子骨架上破坏了PBI分子间的强氢键作用,增加了PBI分子间链间距,利用NH2-POSS的物理结构在膜内构建了氨基笼状传递路径,使气体易于透过膜,从而提高膜的CO2渗透性。其次,未接枝的NH2-POSS含有氨基,可与CO2发生可逆反应,促进膜内CO2的传递,提高CO2的渗透选择性。再次,NH2-POSS本身的硅氧基团与CO2之间具有较强的亲和力,利于膜内CO2渗透性的提高。结果表明,PBI/NH2-POSS-6膜的分离性能最优,与纯PBI膜相比,其CO2渗透系数和CO2/CH4分离因子分别提高了241.9%和266.2%。（2）超支化氨基聚合物（PEI）改性PBI膜用于CO2的分离研究。通过N-取代法将PEI接枝在PBI分子骨架上,制备了PBI/PEI膜。PEI的接枝使PBI/PEI膜具有较为优异的CO2分离性能,主要归因于以下两个方面:一方面,PEI接枝在PBI分子骨架上破坏了PBI的碳链刚性和强氢键作用,增加了PBI分子间链间距,在膜构建了氨基网络传递路径,降低了膜内的气体传质阻力,从而提高膜的CO2渗透性。另一方面,PEI含有大量的氨基,可以在水分子的作用下,与CO2发生可逆反应,形成易于扩散的HCO3-,促进CO2传递,从而提高膜的CO2分离性能。结果表明,PBI/PEI-20膜的分离性能最优,与纯PBI膜相比,其CO2渗透系数和CO2/CH4分离因子分别提高了486.9%和507.9%。（3）氨基多孔聚合物（HPFC）改性PBI膜用于CO2的分离研究。通过N-取代法将HPFC接枝在PBI分子骨架上,制备了PBI/HPFC膜。HPFC的接枝使PBI/HPFC膜具有较为优异的CO2分离性能,主要归因于以下两个方面:一方面,HPFC接枝到PBI分子骨架上破坏了PBI碳链刚性和强氢键作用,增加PBI分子间链间距,在膜内构建氨基多孔传递路径,提高CO2渗透性。另一方面,HPFC含有丰富的氨基,可以在水分子的作用下,与CO2分子发生可逆反应,形成易于扩散的HCO3-,促进CO2传递,强化促进传递机制,从而提高膜的CO2分离性能。结果表明,PBI/HPFC-7膜的分离性能最优,与纯PBI膜相比,其CO2渗透系数和CO2/CH4分离因子分别提高了991.0%和209.0%。