全球环境问题尤其是水环境问题的持续恶化,促使世界各地的科学家开发环保和可持续的技术和材料,进一步用于环保和低碳化的水处理应用。近年来,针对水体污染、海上石油泄漏、清洁水生产等水处理方面,人们投入了越来越多的精力,然而传统的处理手段能耗较高,不适用于大规模发展,因此人们更倾向于开发低能耗、可持续的手段解决这些问题。基于纤维素的多孔材料因其成本低廉、来源丰富和环境友好的特点受到了广泛关注和研究。通过仿生构建三维多孔结构以及通过化学方法将三维纤维素与新兴多孔材料金属有机框架（MOFs）结合制备复合材料,为解决水环境问题带来了新的思路。构建的新型三维多孔纤维素基材料具有优异的生物相容性,良好的机械性能,并且易于加工,因而在实际应用方面具有广阔前景。本文以简便、快速的合成方法制备了一系列三维多孔纤维素基材料,并对其在水体系中的分离和吸附性能进行研究。具体开展的研究工作如下:（1）采用水热法制备了由轻木衍生的木质气凝胶,通过碳化木质气凝胶表面制备了一种新型光热转换材料（C-WA）,该材料具有高吸光性、优异的亲水性、低导热性、优异的热稳定性和力学性能,可用于高效的海水脱盐。在一个太阳光光照强度(1 k W m-2)下获得了1.40 kg m-2h-1的高蒸发速率和83.4%的高蒸发效率,与大多数报道的太阳能驱动的界面蒸汽发生装置相当。C-WA蒸发器中大孔通道的快速毛细作用和微通道之间的水扩散及对流作用能够向蒸发界面快速补充盐水以防止盐沉积,从而确保快速稳定的蒸发过程。此外,C-WA蒸发器在七天的连续蒸发实验中显示出稳定的蒸发速率。这部分工作通过简单的表面碳化将天然木材衍生的纤维素气凝胶制成C-WA蒸发器,在利用海水淡化生产清洁水的应用中具有巨大的潜力。（2）通过在木材衍生气凝胶上原位生长MOF-74,并进行疏水处理后制成了一种新型太阳能驱动、表面疏水亲油型的MOF-74@Aerogel复合材料。获得的MOF-74@Aerogel具有133°的高水接触角,水滴可以在其表面稳定地保持球形,而油滴则迅速渗透到其内部。MOF-74@Aerogel的光吸收率能够达到90%以上,表现出良好的光吸收性能。MOF-74@Aerogel可以在天气晴朗的条件下快速吸收太阳光并转化为热量,以提高粘性原油的流动性,然后将原油与水进行有效分离。（3）通过在木材衍生气凝胶纤维上原位生长ZIF-8,制成了一种耐用的锌金属有机框架基复合材料ZIF-8@Aerogel,可以成功去除海水中的微塑料。对聚偏氟乙烯（60-110 nm）和聚苯乙烯（90-140 nm）这两种模拟微纳米塑料的去除率分别达到91.4%和85.8%。根据XPS和ZETA电位等表征,证明了在吸附去除微塑料中起主要作用的是分布在气凝胶中带正电荷的ZIF-8和带负电荷的微塑料颗粒之间存在的强静电相互作用。除此之外,PVDF、PS和ZIF-8都是疏水物质,使得微塑料与ZIF-8之间具有疏水相互作用,增强了它们之间的吸引力,另外气凝胶纤维素中的-OH与PVDF中的C-F能够形成氢键,同样提高了材料对微塑料的去除性能。