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聚酰亚胺由于具有高的热稳定性、化学稳定性、机械强度、良好的成膜性及结构的多样性等优点，成为制备气体分离膜的良好候选材料。然而，聚酰亚胺与其它聚合物气体分离膜材料一样，共同存在的一个问题是难以同时具有高的气体选择性与透过性。随着研究的深入，人们意识到可以通过两个途径改善聚合物气体分离性能:1）提高聚合物链的刚性的同时提高聚合物的自由体积分数，2）通过增强聚合物与气体的作用力，提高气体在聚合物膜中的溶解扩散系数，从而提高气体的渗透通量。本论文以改进聚酰亚胺气体分离膜性能为目标，通过分子设计、掺杂等制备了一系列聚酰亚胺气体分离膜，表征并深入研究了它们的热性能、机械性能及气体分离性能等。具体研究包括以下几个方面: 1.采用4-氯代苯酐与4-三苯甲基苯胺及4-三（4-叔丁基苯）甲基苯胺为原料，经Pd催化胺化的方法得到两种双（胺-酰亚胺）产物，再经水解、酸化、脱水制备了两种-N-桥联二酐。通过将其与芳香二胺聚合得到一系列含四苯甲烷结构聚胺酰亚胺。制备的聚合物在极性溶剂中表现了良好的溶解性，其玻璃化转变温度在310-395℃之间。TGA测试表明这些聚合物在氮气氛围下10％热分解温度均高于510℃。这些聚合物的比表面积在78-290m2/g之间。此外，含四苯甲烷结构聚胺酰亚胺膜表现了高的气体透过性以及良好的选择性，其气体分离数据较为靠近O2/N2及CO2/CH4气体对的Robeson上限线。 2.通过两种方法制备了有机分子微孔材料Noria-聚酰亚胺6FDA-DAM混合基质膜。一种方法是直接将Noria分子与6FDA-DAM配成均相溶液，而后将其制备成膜。另一种方法是首先将Noria通过有机反应修饰为Noria-Boc分子，在将其与6FDA-DAM配成均相溶液，制备成膜后在高温后处理过程中脱去Boc官能团。SEM证明后一种方法可以使得到的混合基质膜具有良好的两相界面，同时实现了Noria粒子在膜中纳米级的分散。制备的nano-Noria/6FDA-DAM混合基质膜体现了对CO2良好的选择性，透过性相比6FDA-DAM膜有所减小。通过对膜的溶解系数、扩散系数研究证明nano-Noria与CO2分子的相互作用是混合基质膜表现对CO2良好选择性的决定性因素。 3.通过将商品化的萘二酐与几种邻位含有脂肪族取代基的二胺聚合，得到了一系列可溶解于有机溶剂的均聚及共聚的聚萘酰亚胺材料。萘酰亚胺结构及C-N键邻位取代基使这些聚萘酰亚胺材料表现了高的玻璃化转变温度、热分解温度、良好的水解稳定性及气体分离性能。我们深入的研究了C-N键邻位取代基的数量、大小与聚合物的热性能、水解稳定性、气体分离性能之间的关系。 4.通过将三蝶烯二酚与五蝶烯二酚分别与5-氯-2-硝基-苯胺进行亲核取代反应，将产物还原而得到两种具有蝶烯结构的芳香四胺。制备的两种单体分别与联萘二酐聚合从而得到了两种蝶烯型聚吡咙材料(PBIBI-TPD，PBIBI-PPD)。蝶烯结构的引入提高了聚合物的溶解性。蝶烯基团高的分子内体积提高了聚吡咙材料的气体透过性，而其刚性的结构则改善了聚吡咙材料的气体选择性。