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高效碳捕集技术是实现温室气体减排和能源气体净化的重要途径。膜技术以其能耗低、操作弹性高等优势成为最具发展前景的CO2捕集技术之一。开发高渗透性、高选择性、高稳定性的CO2分离膜材料是膜技术成功应用的关键。为此,需深入揭示CO2在膜内的传递机制,设计特异性、高效传递的膜结构。本研究以PEO基高分子作为多功能改性剂,采用简便、温和的制膜方法制备了一系列具适宜亲疏性和自由体积特性的CO2分离膜,提出针对膜主体、界面、表面、通道结构调控实现膜溶解机制与扩散机制协同强化的策略,实现了CO2/N2、CO2/CH4的高效分离,以期为高性能CO2分离膜的规模化制备提供理论基础与技术支持。研究结果如下:膜主体结构调控与传递机制强化:通过在橡胶态高分子Pebax中引入PEG/CNT或含PEG的硅烷凝胶网络,制备了有机-无机杂化膜,通过PEG对膜主体亲和性的调控强化了膜的溶解机制,无机粒子的引入干扰了膜主体结晶行为,强化了膜的扩散机制。同时含有PEGDMA和CNT杂化膜的CO2渗透系数达743 Barrer,CO2/N2的选择性达108,突破了2008年的Robeson上界。硅凝胶网络的引入显著提升了膜的机械性能。膜界面结构调控与传递机制强化:提出了以有机PEG微球作为填充剂,引入玻璃态PI中,改善膜界面形态、强化膜界面传递特性的膜设计制备方法。高分子-填充剂良好的界面形态和亲CO2特性使膜溶解、扩散机制同时强化,与纯PI膜相比,PI–PEGSS（20）膜的CO2渗透速率提高了35%,CO2/N2选择性提高了104%。膜表面结构调控与传递机制强化:提出了以表面偏析技术构建亲CO2非对称膜表面的方法。以玻璃态PES为高分子主体,含PEO的嵌段共聚物F68作为改性剂,膜表面富集的PEO增强了膜表面CO2亲和性,膜主体自由体积特性由PPO的引入实现强化,从而实现了溶解-扩散机制协同强化。含20 wt%F68的非对称膜相比纯PES膜CO2渗透通量提高了210%,CO2/N2选择性提高了105%。膜通道结构调控与传递机制强化:使用不同分子量PEGDA作为交联剂,综合PEGDA的CO2亲和性和交联特性,制备了GO复合膜。通过膜通道CO2亲和性和膜通道尺寸协同调控,实现了溶解-扩散机制协同强化。GO-PEGDA500相比与纯GO膜,CO2渗透通量提高了284%,CO2/CH4选择性提高了294%。