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废水处理和CO2捕获具有重要的环境和经济意义。由于具有比表面积高、官能团丰富以及结构可设计性等优点,金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)和多孔有机骨架材料(porous organic frameworks,POFs)在废水处理、气体吸附和分离等领域具有良好的性能。但是由于弱的配位键,MOF材料一般具有较差的化学稳定性,极大地限制了其工业应用。因此,合成高稳定的MOF材料具有重要意义。另外,材料的结构和组成对其性能具有重要影响。因此,本文主要针对材料的化学稳定性、孔尺寸和化学组成,设计并合成了多种高稳定MOF和POF材料,研究了其吸附分离性能,主要工作如下:1、提出了在UiO-66中引入缺陷的策略,即,利用苯甲酸调节合成UiO-66,并结合后合成酸处理的方法移除骨架中配位的苯甲酸根,从而得到具有缺陷的UiO-66。该缺陷材料具有更高的比表面积、更大的孔尺寸和孔体积,并对水和1 MHC1溶液具有良好的化学稳定性。在所有报道的UiO-66中,本策略得到的缺陷UiO-66具有最高的BET比表面积(1890 m2·g-1)。本文研究了缺陷UiO-66对不同分子尺寸染料的吸附性能。实验表明,缺陷UiO-66对藏红T和结晶紫的吸附容量分别为366和18 mg·g-1。巨大的吸附容量差异使该材料对藏红T和结晶紫混合溶液具有良好的分离性能。然而,无缺陷UiO-66对两种染料均具有低的吸附容量,并表现了差的分离选择性。2、合成了两种三氟甲基改性的4,4’-联苯二甲酸(H2BPDC) —3,3’-二(三氟甲基)-4,4’-联苯二甲酸(H2BPDC-o-2CF3)和2,2’-二(三氟甲基)-4,4’-联苯二甲酸(H2BPDC-m-2CF3),并利用这两种配体设计合成了具有 UiO-67 结构的 Zr-MOF 材料,即,UiO-67-o-2CF3 和 UiO-67-m-2CF3。由于三氟甲基的疏水性,UiO-67-o-2CF3和UiO-67-m-2CF3比UiO-67具有更好的化学稳定性,在H2O、1MHC1和pH=12NaOH溶液中浸泡一天,其结构保持稳定。然而,在相同条件下,UiO-67结构发生坍塌。并且,UiO-67-o-2CF3和UiO-67-m-2CF3在水中浸泡60天后,其结构依然保持稳定。进一步,研究了三氟甲基在配体上的位置对MOF材料稳定性的影响。结果表明,UiO-67-o-2CF3比UiO-67-m-2CF3具有更好的化学稳定性,这是由于羧基邻位的三氟甲基具有空间位阻效应,能更好保护Zr-O键不被破坏。吸附实验表明,UiO-67-o-2CF3和UiO-67-m-2CF3对C02/CH4的分离选择性分别为6.5和6.4。3、利用3,4-二甲基噻吩[2,3-b]噻吩-2,5-二羧酸(H2DTDC)与ZrC14设计合成了与UiO-66拓扑结构相同的Zr-MOF,即Zr-DTDC。由于配体上甲基的给电子效应和空间位阻效应以及强的Zr-O键,Zr-DTDC具有高化学稳定性。在水、沸水和pH = 0～11溶液中浸泡7天后,Zr-DTDC的结构保持完整。吸附实验表明,在298 K和1 bar下,Zr-DTDC对CO2的吸附容量为49.4 cc.g-1,并对CO2/N2和CO2/CH4具有良好的吸附分离性能。另外,由于骨架上噻吩环的存在,Zr-DTDC对HgO具有良好的吸附性能(60 mg·g-1)。XPS分析表明,其对HgO为化学吸附。吸附Hg0后,Zr-DTDC的固体荧光强度淬灭了将近70%,表明该材料对Hg0具有一定的识别作用。4、基于CO2的吸附分离,利用富马腈(FUM)和1,4-萘二腈(DCN)合成两种共价三嗪骨架材料(covalent triazine-based frameworks,CTFs),即,CTF-FUM和CTF-DCN。由于强的C-N键和材料的碳化表面,CTF-FUM和CTF-DCN具有良好的化学稳定性,在沸水、4 M HC1和0.1 M NaOH溶液中均保持结构稳定。CTF-FUM和CTF-DCN分别具有5.2和5.4 A的超微孔。实验表明,CTF-FUM和CTF-DCN对CO2具有高的吸附容量和分离选择性。在70%相对湿度环境下处理后,CTF-FUM和CTF-DCN对CO2的吸附容量分别下降35%和25%。由于具有更高的氮含量,CTF-FUM-350表现了最好的性能,在298 K和1 bar下对CO2的吸附量为57.2 cc·g-1,对CO2/N2和CO2/CH4的分离选择性分别为102.4和20.5。穿透实验表明,CTF-FUM和CTF-DCN可以完全分离CO2/N2和CO2/CH4混合物。5、基于CO2的吸附分离,利用含噻吩单体,即1,3-二氰基苯并[c]噻吩(DCBT),合成共价三嗪骨架材料CTF-DCBT。该材料具有良好的化学稳定性,在沸水、4MHC1和1 MNaOH溶液中均保持结构稳定。另外,CTF-DCBT具有超微孔结构(6.5 A)和高的氮和硫含量。实验表明,在298 K和1 bar下,CTF-DCBT对CO2的吸附容量为37.8 cc·g-1。经过六次吸附循环,CTF-DCBT对CO2的吸附容量没有发生明显的下降。另外,CTF-DCBT对CO2/N2和C02/CH4的分离选择性分别为112.5和10.3。穿透实验表明,CTF-DCBT可以完全分离CO2/N2和CO2/CH4混合物。