目前，用于CO2分离的方法主要有化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离法。膜分离法是当今世界上发展迅速的一项节能的CO2分离技术，它是一种较新的没有相变的物理分离方法，具有设备简单、占地面积小、操作方便、分离效率高、能耗低、环境友好且便于和其他方法集成等优点，使得该技术研究和开发已成为世界各国在高新技术领域中竞争的热点。如在提高原油采收率、天然气的净化、潜艇和空间站等密闭环境中CO2的去除、医疗上膜型人工肺的制作等方面得到了应用。
1、CO2膜分离原理
膜分离法是利用各种气体在不同膜材料中渗透速率的差异来实现分离的，渗透速率相对较快的气体（如H2、CO2）透过膜后富集于膜的渗透侧，而渗透速率相对较慢的气体（如CH4、NH3）则富集于膜的滞留侧，从而使得混合气体分离。气体通过膜的渗透能力与气体分子性质、膜的性质以及渗透气体与膜的相互作用有关，这是膜分离法效率高的主要原因。膜分离法包括分离膜和吸收膜两种类型，在膜分离技术的实施过程中往往需要二者共同来完成。
2、CO2在膜中的传递机理
对于非多孔膜材料，气体通过膜的传递过程一般用溶解-扩散机理来解释，气体透过膜的过程可分为三步：气体在膜的上游侧表面吸附溶解-膜上游侧表面的气体在浓度差的推动下扩散透过膜-膜下游侧表面的气体解吸，其中气体在膜内的渗透扩散过程比较慢，是气体透过膜的速率控制步骤。
3、CO2膜分离工艺流程
CO2膜分离法工艺较简单，没有流动性的机件，操作方便，能耗低。主要由压缩气源系统、过滤净化处理系统、膜分离系统、取样计量系统四个组成部分。膜分离系统是整个工艺的核心，是气体分离的主要场所，其关键是选用合适的膜组件及膜材料。
4、CO2分离膜材料
膜材料是膜分离技术的核心。膜的好坏直接影响其应用前景，材料的渗透系数与选择性受控于Robeson上限,即渗透系数增加会导致选择性的下降,反之亦然。因而优质的膜材料应具有较大的气体渗透系数和较高的选择性，即有较高的分离性能，还要有良好的化学稳定性、物理稳定性、耐微生物侵蚀和耐氧化等性能。这些性能都取决于膜材料的化学性质、组成和结构。根据制备膜的材料的不同，分离膜主要分为三大类：无机膜、有机聚合物膜和混合基质膜，有机聚合物膜根据传递机制又可以分为普通高分子膜（气体渗透膜）促进传递膜以及气-液膜接触器。
