本申请公开了一种混合基质膜组件及其应用，所述膜组件为卷式膜组件，包括中心管和沿同一方向卷绕在中心管上的膜元件；中心管，两端分别为加湿气进气端和二氧化碳富集气出气端；膜元件，包括至少一个膜袋，相邻膜袋之间设有渗透气流道隔网；所述膜袋由混合基质平板膜的膜片对折组成；所述膜袋内，依次设置有柔性透气保护网、原料气流道隔网和柔性透气保护网。本发明一方面柔性透气保护网的引入可避免膜组件卷制过程中刚性原料气流道隔网对混合基质膜造成的挤压破坏应力，另一方面加湿气的引入可有效抑制原料气侧水蒸汽的跨膜渗透，保持膜高的二氧化碳分离性能。该膜组件在烟道气中二氧化碳捕集及沼气中二氧化碳分离等方面具有良好应用前景。