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高硼水溶液中的硼酸脱除以及以硼酸为基础的硼同位素分离研究对水处理和高丰度硼-10生产意义重大。本文系统探索了邻苯二酚螯合基团改性树脂和金属—有机骨架材料这两大类材料的硼酸吸附和硼同位素分离性能。通过在不同起始硼酸浓度、温度、pH、吸附剂剂量等条件下开展硼酸吸附实验,对这些材料的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学等吸附行为进行系统性研究。并采用实验表征与理论模拟相结合的手段对不同材料与硼酸分子之间的相互作用机理进行探索。首先,本文以不同螯合基团的溶液导电性增加值Δ为基础设计并合成了两种分别以邻苯二酚(CL)和硝基邻苯二酚(NCL)为螯合基团的新型硼特效树脂(CL-RESIN和NCL-RESIN),并对其进行硼酸吸附和再生性能研究。结果表明,这两种树脂能在pH为3.4～10.9的较宽范围内保持了较高的硼吸附能力。25℃下的硼吸附能力分别为8.53 mg/g和8.57 mg/g,和商用IRA 743树脂的吸附能力(10.92 mg/g)相近。吸附后的树脂能在较弱的酸性水溶液中实现再生,避免了产生大量酸性废液。在pH=6.70时,邻苯二酚螯合基团改性树脂(CL-RESIN)的硼同位素分离因子为1.08;在pH=7.37时,硝基邻苯二酚螯合基团改性树脂(NCL-RESIN)的硼同位素分离因子高达1.14。这两种材料的硼同位素分离因子均远超已报道的最佳硼同位素分离因子(商用IRA743,1.027),是目前已报道的具有最好硼同位素分离性能的硼吸附树脂材料。其次,本文选取并合成了七种文献报道的具有优良水、酸稳定性的金属-有机骨架材料,采用粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸脱附等温线和热重分析等手段表征了合成得到的金属-有机骨架材料的物相结构、颗粒形貌、孔特征和热稳定性,并探索了它们的硼酸吸附和硼同位素分离性能。这是首次将金属-有机骨架材料应用于硼酸吸附和硼同位素分离领域。结果表明本文合成的金属-有机骨架材料都具有优良的硼吸附能力,吸附量远远高于商用硼特效树脂IRA 743。其中ZIF-8的吸附量高达191 mg g-1,是目前已报道的具有最高硼吸附量的吸附剂。本文对其中两种吸附性能最好的吸附剂ZIF-8和UiO-66的硼吸附性能进行了深入的研究。45℃时ZIF-8和UiO-66的最大硼吸附量分别为247.44mg·g-1和114.5 mg·g-1。该硼酸吸附过程非常迅速,在1小时内能够达到吸附平衡,对实验数据进行拟合发现,ZIF-8和UiO-66的硼酸吸附过程符合准二级动力学方程,该过程为能够自发进行的化学吸附过程,颗粒内扩散模型拟合结果说明颗粒内的扩散不是该吸附过程的唯一限速步骤。通过采用Langmuir、Freundlich和Henry等模型拟合ZIF-8和UiO-66的硼酸吸附等温线,拟合结果发现Freundlich模型更加符合采集到的吸附数据,进一步证实了该过程为化学吸附过程。计算得到的热力学参数说明该过程是一个焓值增加,熵值增加且能够自发进行的过程,其吸附的主要推动力为熵变而非焓变。通过X射线光电子能谱分析吸附后的材料发现ZIF-8吸附硼酸过程的吸附位点为金属Zn位点,吸附后ZIF-8材料的11B MASNMR显示吸附后的硼酸分子与ZIF-8之间存在三种化学吸附相互作用。通过高斯软件模拟吸附后硼酸分子在ZIF-8骨架中的位置,确定了硼酸分子与ZIF-8的相互作用位点。具有极好水热稳定性的UiO-66也表现出优秀的硼酸吸附性能,硼酸吸附后的UiO-66的11B MASNMR显示吸附后的硼酸分子与UiO-66之间存多种复杂的相互作用机制,将高斯软件模拟结果与实验表征结果相结合发现吸附后的硼酸分子主要分布在金属位点附近和有机骨架的苯环附近,我们提出由于UiO-66结构中的缺陷产生的不饱和金属Zr位点能够与弱酸性的硼酸分子发生配位相互作用,而苯环附近分布的硼酸分子则是由于与苯环的π-π相互作用。除此以外,本文合成的金属-有机骨架材料都表现出了富集11B的硼同位素分离性能,实验得到的分离因子明显高于传统的离子交换树脂和硼特效树脂。其中MIL-101(Cr)和MIL-100(Fe)的硼同位素分离因子最高,分别为2.00和1.75。这是首次发现金属-有机骨架材料在硼同位素分离领域的潜力。以硼同位素分离因子最高的MIL-101(Cr)为例,本文探索了不同因素对MIL-101(Cr)的硼同位素分离性能的影响。结果表明较低的温度更有利于硼同位素的分离;在pH=7时MIL-101(Cr)的硼同位素分离因子最高。硼酸吸附后的MIL-101(Cr)的11B MAS NMR显示硼酸分子与MIL-101(Cr)之间存在复杂的相互作用,通过X射线光电子能谱表征结果发现该吸附过程的吸附位点为金属Cr位点,这是由于Cr金属位点存在未饱和的金属配位,高斯软件模拟结果表明吸附后的硼酸主要分布在MIL-101(Cr)的三角形笼结构中而不是五边形笼结构,这是由于三角形笼结构中的Cr金属位点分布密度更高。从有机聚合物材料到金属-有机骨架材料,本文系统探索了这两大类材料的硼酸吸附和硼同位素分离性能,首次发现金属-有机骨架材料在硼吸附和硼同位素领域的巨大潜力,为未来该领域的发展开辟了新的方向。