碳酸酐酶（CA）是一种典型的生物酶，能够催化CO₂水合，速率高达10⁶s^-1，在酸性气体CO₂的吸收和分离方面具有极大的潜力。CA易失活的特点限制了其应用。基于此，本文采用仿生的观点，模拟CA活性中心，制备了仿生材料——聚乙烯基咪唑-锌（PVI-Zn），考查了其在CO₂/N₂分离膜上的应用和性能。以N-乙烯基咪唑为单体，采用沉淀聚合法制备了聚乙烯基咪唑（PVI），然后与醋酸锌配位合成PVI-Zn。采用紫外光谱、红外光谱和¹³C-NMR核磁共振谱等测试手段对配合物进行了表征，结果表明PVI和Zn²⁺之间能形成特定的配位结构。以PVI-Zn为分离层，聚砜（PS）超滤膜为支撑层制备了PVI-Zn/PS复合膜，以CO₂/N₂为分离体系考查了复合膜的选择透过性能，系统研究了PVI/Zn比例、PVI分子量、分离层厚度、锌盐种类、涂膜液pH值等对膜性能的影响。结果表明，PVI-Zn/PS复合膜具有良好的CO₂渗透选择性能，具有典型的促进传递的特点。当PVI/Zn摩尔比为10时，PVI-Zn/PS复合膜性能最佳，Zn²⁺和PVI之间的配位结构最优。高分子PVI-Zn制备的超薄膜在0.11MPa下的CO₂渗透速率达到984GPU，CO₂/N₂分离因子达到67，1.6MPa下CO₂渗透速率和CO₂/N₂分离因子分别降至213GPU、8。热处理后复合膜抗塑化能力和高压下的CO₂/N₂分离因子得到提高。涂膜液酸度影响配位结构的稳定性、空间结构和络合物的数量，当涂膜液pH=5时，复合膜性能最佳，在0.11MPa下的CO₂渗透速率为1147GPU，CO₂/N₂分离因子为83。此外，考查了温度和湿度对PVI-Zn/PS复合膜的渗透选择性能的影响。结果表明该膜具有较好的耐高温性，在原料气无加湿的情况下，性能急剧恶化。以Cu²⁺和Mg²⁺为配位金属离子，PVI为配体合成络合材料。结果表明Cu²⁺和Mg²⁺都能和PVI配位形成金属络合物，金属配合物与CO₂相互作用的能力相差很大，膜渗透性能依次增加的顺序为PVI-Cu/PS<PVI-Mg/PS<PVI-Zn/PS。PVI-Mg/PS膜的分离性能略低于PVI-Zn/PS膜，PVI-Mg可以作为另外一种仿生材料。