炭膜是近二十多年来迅速发展起来的一种新型多孔炭基膜材料,具有纳米级超细微孔结构（孔径0.3-0.5nm）,可通过“分子筛分”机理对不同直径的气体分子进行分离。炭膜具有较高的气体渗透能力和分离选择性,且耐高温、耐酸碱,被认为是极具发展前景的高性能气体分离膜。但是,炭膜无序的孔隙结构增加了气体分子在膜内的渗透扩散阻力,降低炭膜的渗透通量,使其难以达到产业化要求。在前驱体中掺杂无机纳米粒子来重新构建炭膜的孔隙结构是提高炭膜气体渗透性能的一种卓有成效的方法与途径。本文采用共混的方法在炭膜前驱体聚酰亚胺中分别掺杂Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、Zn_0.5Ni_0.5Fe₂O₄以及二茂铁,经高温热解制备了高渗透性能的气体分离功能炭膜。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、振动样品磁力计（VSM）等表征手段对所制备的功能炭膜进行了研究,采用恒压变体积法与色谱联用的技术测定膜的气体渗透性能。分别考察了掺杂物种类及其含量、测试温度、热解温度等因素对功能炭膜气体渗透性和分离选择性的影响。结果表明,四种铁化合物在不同掺杂量下制备的功能炭膜的气体渗透性能均有了很大的提高,特别是小分子气体H₂渗透性最大提高了近61倍,20wt.%Fe₃O₄掺杂所制备的功能炭膜,其H₂、CO₂、O₂、N₂和CH₄等纯气体的渗透系数分别达到了15476、4385、1565、193和114Barrer。各功能炭膜（除γ-Fe₂O₃掺杂）的气体渗透系数均随掺杂量的增加而增加,而分离选择系数下降。二茂铁掺杂制备的功能炭膜的气体渗透性能随测试温度的变化有明显变化,而测试压力对其没有显著影响。Fe₃O₄掺杂所制备的功能炭膜的气体渗透性能随热解温度的升高气体分离性能显著降低。二茂铁在热解中分解出了单质纳米Fe粒子均匀分散在炭基体中,而Fe₃O₄和Zn_0.5Ni_0.5Fe₂O₄粒子则在热解过程中对前驱体的结构重排起着不同程度的“催化石墨化”作用。炭基体以类石墨片层和乱层炭两种结构形式存在。颗粒表面规则的类石墨化层为小分子气体如H₂提供了规则的通道,降低了小分子气体在炭膜中的扩散阻力,提高了其气体渗透性能;同时Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、Zn_0.5Ni_0.5Fe₂O₄在热解中自身物相结构形态也发生了改变,晶粒尺寸变大。振动样品磁力计（VSM）测试表明,Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃、Zn_0.5Ni_0.5Fe₂O₄制备的功能炭膜均为软磁材料,而且掺杂含量对它们的磁性能有显著的影响。