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炭分子筛膜是由聚合物膜在惰性气氛或真空中经高温热解制备而成的具有均匀微孔(0.3-0.5nm)结构的新型炭基膜材料。与传统气体分离膜相比,炭膜具有较高的气体渗透性能、分离选择性及良好的热稳定性和化学稳定性,被称为“最有希望实现大面积工业化生产的高性能气体分离膜”。然而采用现有的工艺制备的炭膜其气体渗透性能还无法满足产业化应用的要求,因此解决这一问题是实现炭膜大规模产业化应用的关键。本文从前驱体的分子量设计出发,以五种不同分子量的Kapton型聚酰亚胺为前驱体制备聚酰亚胺炭膜,采用TG、XRD等手段表征了前驱体分子量对聚合物膜及炭膜的热稳定性和微结构的影响,并考察了分子量对炭膜气体渗透性能的影响。为进一步提高炭膜的气体渗透能力,通过在聚酰亚胺前驱体中掺杂ZSM-5型分子筛制备ZSM-5杂化炭膜,并通过对杂化炭膜结构性能的表征及气体渗透性能的测试,探讨了掺杂量、炭化终温、测试温度及ZSM-5粒子结晶度对杂化炭膜的微结构和气体渗透性能的影响。研究表明,前驱体的分子量对炭膜的结构及气体分离性能有较大影响,随着聚酰亚胺分子量的增加,其分子自由体积减小,链段堆积密度增大,炭化后炭层间距变小,炭层结构更加致密,气体渗透性能减小,选择性提高,聚酰胺酸粘度为33984Cp,700℃下炭化制备的炭膜的H2、CO2、02、N2、CH4气体通量分别为1343、890.8、249.6、24.9、19.7Barrer(1Barrer=1×10-10cm3(STP)cm/cm2·s·cmHg=7.5×10-5cm3(STP)cm/cm2·s·KPa),O2/N2选择性达到10。与纯炭膜相比,ZSM-5粒子的加入提高了聚合物膜的热稳定性,且粒子间形成的堆积间隙和粒子与炭基体形成的界面孔隙大幅度地提高了炭膜的气体渗透通量。气体渗透性能测试表明,ZSM-5掺杂量增加,杂化炭膜的气体渗透量提高,选择性降低；而炭化终温提高降低了杂化炭膜的气体渗透通量,提高了气体选择性能；随着测试温度的升高,气体的运动和扩散速率增大,杂化炭膜的气体渗透通量明显提高；随着ZSM-5结晶度的增加,杂化炭膜的气体渗透通量增加,选择性降低。当ZSM-5添加量为20wt%、炭化终温600℃时,杂化炭膜的H2、C02、02、N2、CH4的气体通量达到2121.5、2180.4、439.6、79.5、41.4Barrer,O2/N2选择性为5.5。