以固定载体膜为代表的促进传递膜通过在膜内引入可与CO2发生可逆反应的载体，强化了CO2的传递，大大提高了CO2的选择透过性能，在CO2分离领域展现出很大的应用潜力。目前，促进传递膜中的传质机理尚未完全探明，而对促进传递膜应用过程的研究也不够系统。本文研究了促进传递膜的反应/传质机理，对分离CO2的膜过程进行了模拟并分析了本课题组所开发高性能固定载体膜的应用潜力。研究结果对CO2分离膜的进一步发展和应用具有重要指导作用。制备了聚乙烯基胺-哌嗪/聚砜平板复合膜和聚乙烯基胺-聚乙烯醇/聚氯乙烯中空纤维膜及膜组件，为反应/传质机理和过程模拟的研究提供了实验数据。针对含胺基的促进传递膜，推导得到了基于不同可逆反应形式的气体渗透速率表达式。通过实验数据拟合及实验结果预测验证这些表达式，证明了常见含伯胺基或仲胺基的支撑液膜中胺基与CO2的反应形式符合无水参与的胺基与CO2反应式，基于此反应式推导得到的渗透速率表达式可用于计算上述支撑液膜的CO2渗透速率。含伯胺基或仲胺基的固定载体膜中CO2与胺基的反应形式较为复杂，可使用由最简单反应式推导出的渗透速率表达式计算CO2渗透速率。对用于捕集CO2的二级过程进行了深入分析，明确了抽真空操作是可行的操作方式。如果膜的分离性能达到本课题所开发DDT膜的分离性能，渗透侧抽真空的二级过程可满足美国能源部提出的分离过程目标。对于渗透侧抽真空的二级过程，膜的分离因子不需要很高，提高渗透速率、提高操作压力比以及降低膜和膜组件成本是降低过程成本的有效方式。此外，第二级膜的分离性能在一定范围内的降低不会对CO2的纯度和回收率以及总单位成本产生显著影响。随着进料气中CO2浓度升高，所得CO2的纯度和回收率升高，而总单位成本会降低。针对沼气脱碳净化和富氢气体脱碳提纯过程，比较了一级一段过程、二级过程和二段过程的不同特点。对于沼气脱碳净化，二级过程和二段过程都是可行的操作方式，其中，二级过程可用于CH4回收率要求较高的场合；而二段过程适用于CH4回收率要求不高或是需要工艺流程简单的场合。对于富氢气体脱碳提纯，只有使用CO2优先渗透膜可以获得高纯度和高回收率的H2产品。提高高压下CO2/H2分离膜的分离因子，可通过一级一段过程或二级过程制备高纯度的H2产品，同时膜过程具有很好的经济性。