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该综述聚焦聚酰亚胺（PI）气体分离膜，探讨其作为高性能材料的优势与应用限制，系统分析常规单体结构影响，详述共聚、交联等改性技术及结构 - 性能关系，展望其在 CO?捕获等领域的潜力，为开发新一代膜提供思路。
聚酰亚胺（PI）凭借出色的机械强度、热化学稳定性、成膜性及结构可调性，成为高性能气体分离膜的理想材料。其气体传输行为受微观结构影响显著，在致密膜中遵循溶液扩散或促进传输机制，多孔膜则依据孔径适用努森扩散等模型。
常规 PI 膜制备主要有一步法、两步法等合成路线，其中两步法应用最广。PI 单体结构对膜性能影响关键，二酐和二胺的选择会形成不同主链构型，影响热稳定性与机械强度。例如，均苯四甲酸二酐（PMDA）与含柔性基团二胺制得的 PI 链紧密有序堆积，自由体积分数（FFV）低，气体渗透性低但选择性优异；而含庞大基团的六氟异丙基二酐（6FDA）可增加 FFV，提升气体渗透性并保持较好选择性，二胺单体的设计同样影响链结构与膜性能。
然而，PI 膜实际应用受自由体积塌陷、物理老化及气体传输阻力高等问题限制。为此，研究者开发了多种改性策略，可分为链间设计、界面工程和热处理。链间设计包括嵌段共聚、共价交联和光诱导反应等。嵌段共聚通过引入不同链段微调分离性能，共价交联形成三维网络增强稳定性，光诱导反应如光敏聚酰亚胺（PSPI）经紫外照射实现结构改性，提升分离性能且便于大面积快速制备。
界面工程方面，混合基质膜（MMMs）通过在聚合物基质中掺入无机填料如沸石、金属有机框架（MOFs），结合两者优势提升性能，但面临颗粒团聚与界面相容性问题，可通过引入第三组分、填料表面接枝官能团等方法改善。多层复合膜采用超薄 PI 选择层与支撑层结合，支撑层限制链运动，陶瓷基底效果更佳，但超薄层易老化，支撑层孔径也影响性能。
热处理包括热重排（TR）和碳化。TR 膜经高温处理形成刚性结构，产生微孔提升透气性与筛分能力，其性能与前驱体玻璃化转变温度（Tg）、官能团类型等有关。碳化则制备碳分子筛（CMS）膜，其孔结构与前驱体结构及热解参数密切相关，高温、加热速率等影响孔径与分离性能，但存在物理老化等问题。
PI 及其衍生膜在 CO?捕获、H?纯化、He 富集和轻烃分离等领域应用广泛。例如，混合基质膜在 CO?分离中性能优异，超越罗布森上限；氟化微孔 PI 膜高效富集 He；嵌段共聚膜用于烯烃 / 石蜡分离。气体传输与分子动力学直径及吸附相互作用有关，这为开发针对高亲和极性气体的分离膜提供了方向。
未来研究可聚焦混合结构策略增强机械性与抗老化性、先进纳米表征深入理解结构、探索新兴应用并评估长期耐久性，以推动 PI 基气体分离膜的发展与工业应用。
