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微孔SiO2膜材料由于其内在的微孔结构，对小分子气体(H2，N2，O2，CH4等)具有良好的分离性能，且具有较高的热稳定性，是目前最有前景的气体分离膜材料之一。但是，SiO2材料的水热稳定性较差，在含有水蒸气的工业过程中的应用受到限制。本论文基于水煤气变换反应对气体分离膜材料的要求，对实现气体分离膜渗透选择性和水热稳定性的统一开展深入的研究。 首先，本文以正丙醇锆为前驱体，加入螯合剂二乙醇胺控制水解速率，通过聚合溶胶路线制备得到ZrO2聚合溶胶，在γ-Al2O3中孔膜上制备出微孔ZrO2膜。重点考察了三个烧成温度(350℃，400℃，500℃)下制备的ZrO2膜的气体渗透性能。结果表明，在350℃和400℃下烧成的ZrO2膜具有相似的气体渗透性能，H2的渗透率为～5×10-8 mol·m-2· s-1·Pa-1，H2/CO2的理想分离因子约为14，远高于努森扩散机理的分离因子，但H2与其他气体的理想分离因子符合努森扩散的机理，这是因为ZrO2膜表面存在的酸性位的作用和膜表面对气体的吸附作用，使CO2的渗透率降低。500℃下烧成的ZrO2膜中形成了中孔结构，使得该膜对H2和CO2失去了分离作用。总之，可以通过改变膜的烧成温度来调节膜对H2/CO2的分离性能。 其次，本文详细考察400℃下烧成的ZrO2膜在100kPa水蒸气条件下的长期水热稳定性。结果表明，经100kPa水蒸气处理1250 h后，膜结构依然保持完整。此外，本文还将ZrO2粉体在1550kPa水蒸气压力下进行100 h及300 h的水蒸气处理，并对水蒸气处理前后的粉体进行N2吸附脱附、X射线衍射及NH3程序升温脱附等测试，详细研究了ZrO2粉体的水热稳定性。 最后，本文以正丙醇锆和BTESE为前驱体，通过溶胶凝胶法，利用螯合剂控制水解速率，制备出不同Zr的掺杂量的三种Zr-BTESE溶胶。采用浸浆法(Dip-coating)，在平均孔径为3 nm的γ-Al2O3中孔膜上制备出不同Zr掺杂量的Zr-BTESE膜。重点考察了烧成温度为450℃的Zr-BTESE膜的渗透性能及CO2分离性能。结果表明，三种Zr-BTESE膜的H2渗透率为(1.8～12.4)×10-8mol·m-2·s-1·Pa-1，H2/CO2理想分离因子分别为13.6、22.9，100，具有分子筛分效应。此外，本文详细考察了Zr-BTESE膜的水热稳定性。结果表明，三种锆硅比的Zr-BTESE膜经100 kPa水蒸气压力分别处理85 h、49 h和49 h后，膜的渗透性能基本保持不变。另外，Zr掺杂量对Zr-BTESE膜的气体渗透选择性影响很大，随Zr掺杂量的增加，Zr-BTESE膜的气体渗透率下降，且Zr-BTESE膜的水热稳定性增加。