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近几年随着低碳经济的兴起，特别在我国大力发展可再生能源、逐步降低对传统化石能源依赖的背景下，由生物质能逐步替代煤炭、天然气和石油等化石能源已成为新能源领域的研究热点，具有重要的战略意义。同时，在生物质能利用过程分离捕集CO2气体，可实现CO2的负排放，是有效控制温室效应的重要举措。与传统变压吸附和化学吸收等分离方法相比，CO2气体膜分离法因其分离效率高、能耗低和无污染等优点，成为目前最具潜力的脱碳技术。MFI型分子筛膜是一种特殊的微孔无机膜材料，因其气体渗透通量大以及热稳定性和化学稳定性高等特点，在分离脱除CO2气体方面具有良好的应用前景。然而，现有MFI型分子筛膜的制备工艺尚不完善且成本较高;特别是传统高温煅烧脱除模板剂工艺容易导致分子筛膜产生较大的二次缺陷，严重影响和制约MFI型分子筛膜在气体分离领域的应用。本文发明了一种低温氢气两步法脱除模板剂工艺，并深入研究了MFI型分子筛晶体内有机模板剂的加氢分解机理;进而，将该工艺应用于高硅MFI型分子筛膜内有机模板剂的脱除，以避免高温煅烧造成的膜内缺陷，并系统考察了高硅MFI分子筛膜的CO2气体分离效果。 首先，考察了高硅MFI型分子筛晶体内有机模板剂TPAOH（四丙基氢氧化铵）在H2/N2气氛下的低温裂解脱除规律。研究结果表明，在350℃以下，采用低温加氢裂解工艺可有效脱除分子筛晶体孔道内的有机模板剂。实验中分别采用空气、氮气和氢氮混合气作为分解气氛，对裂解后分子筛晶体进行了比表面积(BET)、热失重(TG)、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱和拉曼光谱表征分析，发现含氢还原性气氛更有利于模板剂的低温脱除，且脱除率随温度的升高而增加。当裂解温度为280℃时，加氢裂解后晶体的BET比表面积已达到252m2·g-1，但仍有少量有机残余物;而当裂解温度达到350℃时，处理后晶体的BET比表面积可达到399m2· g-1，仅有微量无机碳残余物。此外，低温加氢裂解后的分子筛表面相对洁净，氨气程序升温脱附（NH3-TPD）结果表明低温加氢裂解后的高硅MFI型分子筛晶体具有相对较多的酸性位。 其次，通过对模板剂低温加氢分解后气相产物和有机残余物的表征分析，考察了分子筛内模板剂的低温加氢分解机理;并研究了不同气氛中模板剂脱除过程的差异。实验结果表明，氢气对模板剂分解产物的影响主要发生在分子筛孔道内，而其抑制积碳形成的过程则主要发生在孔道外。气相色谱在线检测结果表明，模板剂分解过程中形成的中间产物（丙基自由基）在氢气作用下主要发生四类反应:丙基自由基脱氢形成丙烯，丙基自由基加氢形成丙烷，丙自由基加氢裂解形成甲烷和乙烷，以及丙基自由基齐聚形成正己烷。根据模板剂低温加氢分解机理，对模板剂的低温脱除方法进行优化，提出低温氢气两步法;在300℃条件下，利用低温氢气两步法工艺可使分子筛内模板剂的脱除率达到99％。 第三，采用晶种法在粗糙的α-Al2O3载体表面制备出较为完备的MFI型分子筛膜。分别考察了ZSM-5和纯硅分子筛(Silicalite-1)晶体颗粒制备晶种层的差异，结果表明:滴涂法更有利于表面较粗糙的ZSM-5分子筛晶种层的制备;而对疏水性较强的纯硅分子筛晶种，使用乙醇溶剂作为分散介质，并采用旋涂法可在α-Al2O3载体表面制备出均匀连续的晶种层。实验结果发现引入Al元素的分子筛合成液容易在液相中形成大量无定形沉淀物和分子筛晶体，进而使得分子筛膜在生长过程中主要发生面外生长，导致分子筛膜厚增加但膜层致密性较差;而纯硅合成液在液相中形成的无定形物较少，并可通过调控纯硅合成液的H2O/Si摩尔比，实现对分子筛膜层晶体面内优先生长的调控。最后制得膜厚约为8μm（包括～5μm致密层和～3μm过渡层），表面呈h0h-轴取向，气密性可降至7.1×10-nmol·m-2·s-1·Pa-1，硅铝比高达150的取向致密高硅MFI型分子筛膜。本文还初步研究了高硅MFI型分子筛膜的合成机理，发现在成膜初期主要遵循固相转变机理。 第四，考察了几种脱除模板剂工艺去除高硅MFI型分子筛膜内模板剂的效果。与分子筛晶体脱除模板剂规律相似，分子筛膜内有机模板剂在惰性气氛或氧化性气氛中进行分解时容易形成积碳，惰性气氛中形成的积碳会降低膜片的分离效果和渗透通量，氧化性气氛中脱除模板剂时释放的热量会使膜片产生较大缺陷。在低温条件下，采用先加氢裂解后空气氧化的两步法脱除工艺，可有效脱除分子筛膜内的有机模板剂;且相比于高温煅烧法，该工艺可有效避免分子筛膜因脱除模板剂而形成的较大缺陷。低温氢气两步法处理后分子筛膜的N2渗透通量为7.4×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1，对CO2/N2的分离因子可达5.2。 最后，系统考察了通过低温氢气两步法脱除模板剂后的高硅MFI型分子筛膜的CO2分离性能。研究发现，分子筛膜对含CO2的二元混合气都具有一定的分离效果;在渗透压差为0.4MPa，温度为30℃时分子筛膜对CO2/N2混合气的分离因子介于4.4～6.3之间，CO2气体的渗透通量为2.6～7.5×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1。高硅MFI型分子筛膜对四种含CO2的双组分混合气都具有分离效果。受各组分气体临界温度的影响，分子筛膜分离不同混合气的分离因子大小顺序为αCO2/H2＞αCO2/N2＞αCO2/CO＞αCO2/CH4。在膜分离过程中，随渗透压差增大，分子筛膜对CO2/H2的分离因子呈现先增加后略有下降的规律;当渗透压差为0.3～0.4MPa时，膜片对混合气的分离效果较好。当分子筛膜的气体渗透通量较小时，加入吹扫气可适当提高膜片对混合气的分离效果;而当分子筛膜的气体渗透通量较大时，大量吹扫气会透过膜层扩散至膜前端，反而降低膜片的CO2分离效果。MFI型分子筛膜分离CO2的过程属于表面扩散机理，受温度影响较大，随温度升高，膜片的CO2选择性下降，且温度对渗透通量较小膜片的影响更大。膜片近50小时的气体分离实验结果表明，所制备的MFI型分子筛膜在应用过程中具有良好的稳定性。利用高硅MFI型分子筛膜分离生物质合成气（标准气，40％H2、25％CO2和35％CO）的实验结果表明，合成气流速相同时，分子筛膜分离CO2效果随渗透压差增大而增强;当渗透压差保持不变时，合成气流速越小膜分离CO2效果越好。当渗透压差为0.6MPa，合成气流速为400mL/min时，分子筛膜分离CO2的效果最好，合成气中CO2气体浓度可下降10％，CO2气体的渗透量可达22.3kg·m-2·h-1。