炭分子筛膜具有较好的气体分离选择性,且已有小型的商业产品和初步的中试应用。但炭分子筛膜的气体透过率还不太高,从而限制了其大规模应用,开发高透过率和高选择性的炭分子筛膜,成为迫切需要。在气体分离膜中填充纳米粒子可增加膜的气体分离性能已经有大量报道,但这方面的工作主要集中在将纳米粒子填充到有机气体分离膜,对无机气体分离膜中填充纳米粒子的研究还较少。本文详细阐述了以氧化铝陶瓷为支撑体、酚醛树脂为炭源制备气体分离用炭分子筛膜的过程,制备出了高选择性的炭分子筛膜。并在此基础上,制备了纳米Ni 填充的 Ni-炭分子筛膜和纳米 NaA 型沸石分子筛填充的 NaA-炭分子筛膜,并对制备的分子筛膜进行了一系列表征。首先,考察了支撑体孔径、涂膜液浓度、涂膜次数等对炭分子筛膜的影响,确定了制膜的优化条件。采用浸渍法结合超声波技术得到了具有一定气体分离能力的炭分子筛膜。经四次涂膜制备的炭分子筛在 60oC 时,CO2 的透过率为1.1×10-9mol·m-2·s-1·Pa-1,CO2/N2 的理想分离因子为 80,CO2/CH4 的理想分离因子大于 300,O2/N2的理想分离因子为 6.8。然后,参照炭分子筛膜的制备条件,将纳米 Ni 粉添加到酚醛树脂乙醇溶液中作为涂膜液,制备了纳米 Ni 填充的 Ni-炭分子筛膜。考察了不同 Ni 含量的涂膜液对 Ni-炭分子筛膜的影响,涂膜液中 Ni 含量在 1wt%和 3wt%时,制备的 Ni-炭分子筛膜具有较好O2/N2分离能力,三次涂膜制备的Ni-炭分子筛膜在60oC时,CO2 的透过率为 2.5×10-9mol·m-2·s-1·Pa-1,CO2/N2 的分离因子为 48,O2/N2 的分离因子为 11。涂膜液中 Ni 含量在 5wt%时,室温下,两次涂膜制备的 Ni-炭分子筛膜的 CO2透过率为 3.0×10-9mol·m-2·s-1·Pa-1,CO2/N2的分离因子为 4.4,而 CO2/H2的分离因子高达 39,认为此 Ni-炭分子筛膜为阻 H2、透 CO2的功能膜。最后,参照炭分子筛膜的制备条件,将纳米 NaA 粉添加到酚醛树脂乙醇溶液中作为涂膜液,采用浸渍法结合超声波技术涂膜制备出了 NaA 型沸石填充NaA-炭分子筛膜。通过扫描电子显微镜观察了功能炭分子筛膜的表面形貌和膜的厚度;以测量气体透过膜的方法考察了膜的气体分离性能。达到相近的气体分离能力,NaA-炭分子筛膜与纯炭分子筛膜相比,涂膜次数减少,O2/N2分离能力大大增加。涂膜液中含 2wt% NaA 两次涂膜制备的 NaA-炭分子筛膜在 60oC 时,CO2 的透过率为 2.7×10-9mol·m-2·s-1·Pa-1,CO2/N2 的分离因子为 54,O2/N2 的分离因子为 16。