在许多生产生活领域,人们常需对气体混合物进行分离,既包括生产原料和生活用品,也与环境保护和资源回收等问题息息相关。传统气体分离技术大多存在设备复杂、投资大和能耗高等缺点,而新型的膜分离技术具有操作简单、成本低、能耗小和适应性强等优点,并在CO2脱除,H2回收,空气分离,天然气净化等领域展现出巨大发展潜力。尽管如此,常用的有机膜具有耐热性差、机械强度小和渗透性低等缺点而限制了其推广应用。因此,开发新型高性能膜材料势在必行。炭膜作为一种新发展起来的膜材料,通常是由有机膜热解而成,具有杰出的耐高温、高压、热稳定性及分离性能等优点。但相比有机膜,炭膜的造价也较高。因而,有必要进一步大幅提高分离性,从而提高炭膜性价比与市场竞争力。鉴于此,本文选用了三种对特定气体有吸附作用的添加剂,制备了高性能杂化炭膜,不仅丰富了炭膜的制备理论,也为将来炭膜实际应用提供了重要依据。本文以聚酰亚胺为前驱体,海泡石（SEP）、酸改海泡石（H-SEP）和氧化铈（Ce O2）为掺杂剂,在平板支撑体上经多次旋涂和干燥得到杂化前驱体膜,再经高温热解制备了支撑杂化炭膜。通过热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜和激光粒度分布仪对膜及掺杂剂的热稳定性、表面官能团、微观结构、微观形貌及粒度分布进行了分析。通过单组份和双组份气体测试了杂化炭膜的气体分离性能。考察了掺杂剂的含量、渗透温度和渗透压力对杂化炭膜的微观结构与气体分离性能的影响,从而确定最佳工艺条件。结果表明:（1）所选三种添加剂的引入均提高了前驱体膜的热稳定性;随着添加剂用量的增加,炭膜微观结构趋于致密;随渗透温度升高,炭膜的气体渗透性增大。（2）海泡石的引入显著提高了炭膜的气体分离性能;当SEP用量占原料0.2%所制炭膜在30°C、0.01MPa时,对CO2和O2的渗透性分别为6711.5 Barrer和6062.1 Barrer,同时,CO2/N2和O2/N2的选择性分别达30.4和27.4。（3）酸处理能有效去除天然海泡石矿土中的碳酸盐等杂质,并使颗粒平均粒度明显减小。当掺杂剂H-SEP用量占原料0.2%制备的炭膜在30℃、0.01MPa时,对H2、CO2和O2的渗透性分别为2423.3 Barrer、855.1 Barrer和670.0 Barrer,同时对H2/N2、CO2/N2和O2/N2的选择性分别为40.1、14.1和11.1。（4）当以Ce O2为掺杂剂时,不仅降低了前驱体膜的亚胺化程度,也对膜的热解进程产生了很大影响,导致最终杂化炭膜的渗透性明显低于纯膜。如以用量为0.2%Ce O2所制备炭膜在30°C、0.02MPa时,对O2的渗透性为240.3 Barrer,同时O2/N2的选择性可达16.3。（5）与单组分气体分离性能相比,混合气分离时更有利于提高选择性,但会降低渗透性。