减排捕集生物燃气和燃煤烟气等工业尾气中CO2对实现碳中和国家目标具有重要意义。物理化学吸附和膜分离CO2技术与传统化学吸收法相比,具有系统设备紧凑投资成本低、再生能耗低适用范围广、操作过程简单方便等技术优势。但是它们存在CO2吸附容量和渗透系数低、分离选择性差、循环稳定性弱等难点瓶颈,如何加强技术研发推动其产业化应用是国内外研究热点。本文采用密度泛函理论、气体等温吸附测试、膜分离渗透系统等模拟计算方法和实验验证手段,设计并研制具有强吸附CO2能力的金属有机骨架及衍生复合多孔材料,将其负载于具有高CO2亲和性和灵动性高分子链的聚乙二醇类膜中,同时提升膜分离CO2的渗透性和选择性。热解核壳式锌钴沸石咪唑酯骨架得到氮掺杂多孔碳材料增加CO2物理吸附位点。微观表征测试发现:与CO2分子有强静电作用的不饱和金属位点（Me-N2）和吡啶氮基团是氮掺杂多孔碳材料吸附CO2的主要物理活性位点。725℃热解得到的氮掺杂多孔碳材料吸附CO2容量提高到2.13倍达到3.22 mmol/g,理想吸附溶液理论计算表明该吸附剂对模拟生物燃气成分混合气（CO2/CH4=40:60）的CO2分离选择性由2.11提高到24.3,对模拟燃煤烟气成分混合气（CO2/N2=15:85）的CO2分离选择性由3.71提高到40.2。修饰聚乙烯亚胺于氮掺杂多孔碳表面增加-NH-和-NH2-化学吸附位点从而提高CO2吸附选择性。密度泛函理论计算、红外光谱、X射线光电子能谱测试等表征结果证实:高温碳化会导致双金属锌钴沸石咪唑酯骨架中的Zn-N、Co-N、C=N和C-N键部分断裂以及自由甲基的分解。双金属锌钴沸石咪唑酯骨架热解后得到大量Me-N2不饱和吸附位点,从而使吸附剂对CO2吸附容量明显增加,负载40wt.%聚乙烯亚胺后将CO2吸附量进一步提高到碳化前材料的2.6倍。利用氧化石墨烯载体生长核壳式锌钴沸石咪唑酯骨架,得到富含不饱和Zn-N2-O活性位点的、具有选择性吸附CO2能力的复合材料,然后掺入聚乙二醇膜中增强了CO2分子在膜内渗透传质性能。密度泛函理论计算发现:相比于饱和Zn-N4活性位点,CO2分子吸附于不饱和Zn-N2-O活性位点后的O=C…Zn相互作用距离由4.65（?）减至3.46（?）,对CO2分子结合能则由34.02 k J/mol增加到38.87 k J/mol。负载5wt.%复合材料的聚乙二醇混合基质膜使CO2渗透系数提高了99.7%达到173.2 Barrer,使CO2/N2分离选择性提高了66.4%达到61.9。将阴离子柱撑杂化超微孔材料掺入聚乙二醇混合基质膜,构建了膜内“魔方管状”高速通道增强CO2渗透传质。密度泛函理论计算发现:CO2分子与具有优异表面化学性质GEFSIX-2-Cu-i超微孔材料之间产生范德华作用力C…F与氢键相互作用O…H的协同效应,使得GEFSIX-2-Cu-i超微孔材料对CO2分子的结合能达到34.5 k J/mol,CO2吸附容量达到5.02 mmol/g。负载1wt.%GEFSIX-2-Cu-i纳米颗粒后的混合基质膜CO2渗透系数显著提高到460 Barrer。基于自底向上的合成策略在多层二硫化钼表面原位生长Cu BDC纳米片,研制了具有不饱和金属配位活性位点的二维复合材料,掺杂于聚乙二醇混合基质膜同时提升了膜分离CO2渗透系数和选择性。X射线光电子能谱等微观表征发现:多层二硫化钼上的硫原子与Cu BDC纳米片上的铜离子形成配位络合物Cu-S,使该二维复合材料不仅能通过层状形貌和狭窄孔道提升CO2选择性,而且通过大量金属配位活性位点增强CO2渗透系数。掺入2.5 wt.%二维复合材料后的聚乙二醇混合基质膜的CO2/N2分离选择性提高了80.2%达到69。将二维金属卟啉纳米片（Me-TCPP）与聚乙二醇半互穿聚合物紫外交联而研制成混合基质膜,利用产生的“橡皮筋”矫正效应而增强CO2/N2分离选择性。密度泛函理论计算发现:二维Zn-TCPP纳米片的金属卟啉中心（Zn-N4）与CO2分子之间的N4-Znδ+···Oδ-相互作用距离最低（2.81（?））,从而使两者结合能高达19.9 k J/mol。由于Zn2+与酯基（O-C=O）之间形成丰富的界面配位键而产生的“橡皮筋”矫正效应,能重新固定聚合物高分子链并使其重新排列,从而显著增强了CO2/N2分离选择性,使掺入2.5wt.%二维Zn-TCPP纳米片的交联聚乙二醇混合基质膜膜对CO2/N2选择性提高到81。由于Zn2+具有较强亲和性能够生成Zn2+-CO2络合物,显著提高CO2在混合基质膜中的溶解性从而增加渗透系数,再利用聚乙二醇甲醚丙烯酸酯（PEGMEA）大分子链中丰富的聚乙二醇基团,使二维Zn-TCPP纳米片和聚乙二醇甲基丙烯酸酯（PEGMEA）掺混后的紫外交联聚乙二醇类混合基质膜（XLPEGDAco PEGDME）的CO2渗透系数达到398 Barrer。