A implementação de medidas que reduzam as emissões de gases de efeito estufa ganha importância no cenário atual. Um importante método para captura de CO2 consiste nos processos de separação por membranas. Visando melhorar a eficiência seletiva na separação de gases, este trabalho estudou a síntese de membranas poliméricas de matrizes mistas a fim de aumentar os valores de permeabilidade, utilizando líquidos iônicos em sua estrutura, que apresentam elevada solubilidade de CO2 e seletividade. A síntese do líquido iônico foi realizada a partir do cátion imidazólico e do ânion NTf2(-) , em reações de 3 etapas. Os filmes poliméricos de matrizes mistas foram sintetizados por diferentes tipos de polímeros comerciais, PEBAX 1657, PEBAX2533 e PU 1185A10; com concentrações de 0 por cento, 20 por cento e 60 por cento (m/m) do líquido iônico. A técnica de ressonância magnética nuclear (RMN) de (1)H e (13)C foi utilizada para validar a composição do líquido iônico. As caracterizações de membranas compósitas se deram pelas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Na presença do líquido iônico, a seletividade relativa de CO2/N2 apresentou um aumento considerável para as membranas de PU e PEBAX2533, enquanto a permeabilidade de CO2 aumentou nas membranas de PU e PEBAX1657.