冻凝胶是一种具有微米级三维网络结构的聚合物多孔材料。取向孔冻凝胶的制备对于冻凝胶的结构与性能设计具有深远的意义。在冻凝胶原有的微米级三维超大孔的基础上,取向孔冻凝胶实现了冻凝胶结构与性能的各向异性,从而能够实现待分析物在冻凝胶内部的定向传输,这对于冻凝胶在色谱等介质传输领域具有广阔的前景。天然的木材中具有多级孔结构,其中包括用于纵向传输营养和无机盐的垂直取向的超大孔结构以及用于扩散作用将营养物质传输至植物各个部位的次级孔结构。木材这种独特的多级取向孔结构为冻凝胶的发展提供了思路。本论文中提出通过常规方法制得垂直取向孔冻凝胶并在此基础上实现了冻凝胶多级孔的设计以及在各个领域的应用,具体研究内容如下:1.通过常规自由基低温聚合在冰箱中制备具有微米级取向孔结构的仿生硬质冻凝胶。受木材适应性的启发,我们在这里证实了一个可以通过常规冷冻-融化的方法,以二甲基亚砜晶体为致孔剂,在冰箱中进行氧化还原诱导的低温聚合来获得垂直取向微米管状孔结构的硬质冻凝胶。与经典的定向冷冻法相比,我们的方法不需要任何特殊仪器。研究结果显示,取向结构与重力方向平行,且与凝胶交联程度有关。据此,我们提出了一个重力取向机理来解释所观察到的现象。所得取向孔的冻凝胶表现出较高的压缩强度和各向异性,可用于蛋白质的快速纯化分离。2.低共熔点溶剂辅助制备垂直取向多级孔冻凝胶。在上述工作的基础上,通过常规低温聚合方法,采用低共熔点溶剂为第二溶剂,以二甲基亚砜晶体和低共熔点溶剂分子作为致孔剂,制备得到多级取向孔冻凝胶,并将其应用于油水乳液复杂体系中环境污染物的分离与吸附,实现了一步快速破乳、分离与富集油水乳液中的多环芳烃。3.傅克超交联制备取向多级孔冻凝胶及应用。本章节利用溶剂交联的傅克反应在取向超大孔冻凝胶的孔壁上生成微孔,以形成微米-纳米多级孔结构冻凝胶。通过扫描电子显微镜与氮气吸附测试等对反应前后冻凝胶结构与性能进行表征对比,证实傅克反应后的冻凝胶的孔结构发生明显变化,比表面积显著提高。进一步的,将该冻凝胶应用于含有甲基红染色剂的复杂油水混合物的分离从而观察其在高流速下的油水分离效果和染色剂吸附效果。4.基于香草醛的木材仿生冻凝胶的制备与应用。本章节采用双键化修饰的香草醛作为苯乙烯的替代物,制备得到生物基木质仿生取向孔冻凝胶。初步考察其结构与相关性能。研究结果显示,该冻凝胶具有良好的油水乳液分离效果以及亚甲基蓝吸附性能。