纤维素材料是一类分布广泛、易获取的绿色可再生可生物降解的天然高分子化合物,是最具发展潜力的生物质材料之一。本论文提出利用一维纳米纤维素独特的纳米结构、良好的力学性能、柔韧性和三维纤维素基质材料多孔、多层次、构造有序的多尺度分级结构特点及过滤吸附和吸能特性,通过不同的合成路径和复配方法,将纤维素与功能性金属化合物材料进行复合,构建了具有三维网络多孔结构的纤维素复合气凝胶和电磁屏蔽纸,并将其应用于印染污水中染料粒子的处理以及电磁屏蔽领域。丰富了纤维素基复合材料的多元功能性,拓宽其应用领域,实现其高值化利用。主要研究结论如下:以硝酸锌和2-甲基咪唑为前驱体,采用原位生长的方法,将多孔型金属有机框架材料（ZIF-8）生长在具有三维网络结构的纤维素气凝胶上,制备得到ZIF-8@CNF复合气凝胶。研究结果表明,ZIF-8均匀分布在纤维素气凝胶孔壁上,且该复合气凝胶表现出稳定的三维网络多孔结构;在一定范围内,当增加ZIF-8的负载量,ZIF-8@CNF复合气凝胶的比表面积也相对提高,当ZIF-8最大负载量达到34.40 wt%时,复合气凝胶的比表面积达到455.06 m~2·g-1;ZIF-8@CNF复合气凝胶的吸附实验结果表明,对亚甲基蓝、甲基橙和碘离子的最大吸附量分别为431.03 mg·g-1、121.95 mg·g-1和427.35mg·g-1。以TEMPO-CNF制备得到的纯纤维素气凝胶为模板,采用模板法,将光敏型半导体材料和具有半导体特性的石墨烯材料负载到纤维素气凝胶的三维网络骨架中,制备得到具有光催化性能的TiO2/GO@CNF复合气凝胶吸附材料。研究结果表明,复合气凝胶仍具有纤维素气凝胶典型的三维网络状结构,在紫外光源照射的条件下,当复合气凝胶添加量为0.04 g,反应pH值为6时,TiO2/GO@CNF气凝胶对MB染料分子的最大吸附容量为208 mg·g-1,其吸附过程遵循准二级吸附动力学和Langmuir吸附等温线模型,并且Ti O2/GO@CNF复合气凝胶表现出良好的重复使用性能,在经过5次再生使用后,对染料的去除率仍可达到80%以上。为提高纤维素气凝胶在自然光条件下光催化降解污染物的性能,本章中首先构筑了Ti O2/WO3异质结,并在水热的条件下将其分散到氧化石墨烯衬底上得到了对可见光具有良好响应特性的Ti O2/WO3/GO催化剂,并进一步通过模板法将催化剂负载到纤维素气凝胶的三维网络骨架中,制备得到Ti O2/WO3/GO@CNF复合气凝胶。研究结果表明,光催化剂的加入不会对复合气凝胶的三维网络多孔结构产生破坏,WO3的加入可以有效的降低光催化剂的禁带宽度,增强对可见光的吸收;在氙灯模拟的可见光照射条件下,该复合气凝胶对MB染料分子表现出优异的光催化降解吸附性能,最大吸附容量达到262 mg·g-1且符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,复合气凝胶在经过4次再生循环使用后对染料的去除保持在80%左右。采用真空辅助-抽滤的方法,将镍掺杂石墨烯复合物与一维纳米纤维素复合,制备得到具有仿贝壳层状结构的Ni/GO@CNF电磁屏蔽纸。探究了不同Ni/GO和CNF添加比例对电磁屏蔽纸的力学性能和电磁屏蔽性能影响。研究结果表明,当Ni/GO:CNF=2:8时,电磁屏蔽纸的拉伸强度可达到104.51 MPa,此外,Ni/GO的添加,在纤维表面形成了电子传输通道,电磁屏蔽纸的电导率增加到2002.31 S·m-1,在X波段的电磁屏蔽效能以电磁波吸收损耗为主,最大值达到30.09 d B。为了发挥木材本身的高孔隙率和多尺度分级结构特点以及滤波吸能特性,以巴沙木片为原料,通过化学预处理的方法将木片中的大部分木质素和半纤维脱除,得到三维纤维素基质框架;再采用抽真空-加压浸渍-机械压缩的方法将二维导电材料MXene浸入到纤维素基质骨架中,制备得到具有良好柔韧性的类贝壳层状仿生结构的纤维素/MXene电磁屏蔽纸。结果表明,该电磁屏蔽纸拉伸强度可达到210 MPa,电导率2260.70 S·cm-1,在X波段的最大电磁屏蔽效能达到60.38 d B,远超出电磁屏蔽材料的商业标准。借鉴仿生材料的设计思路,将木材经过简单的化学处理后直接利用,制备木质纤维基功能材料,减少了采用制浆或传统化学处理工艺的繁杂程序,使纤维素基材料在具备多元功能性、实现高值化利用的同时,制备流程更加简单高效。