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多孔炭材料能提供发达的孔结构和较大的比表面积，同时具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性、导电性和光热转换性等优异性能，在催化、水处理、气体吸附分离和电化学储能等方面得到了广泛应用。目前，多孔炭的制备方法已经比较成熟，常用的制备方法包括活化法、热解法、模板法、溶胶凝胶法和相分离法等，通过不同的制备方法可以得到具有特定结构和性能的多孔炭。虽然所制备的多孔炭在微观上具有多种形貌，例如纳米球、纳米线、纳米管、微米球和纤维状等，但其宏观形貌多表现为粉末状，限制了多孔炭在很多方面的应用。而毫米级球形炭材料具有规整的外形、光滑的表面、良好的流动性和优异的耐磨损性能，可广泛应用于医药、环保和催化等领域。因此，同时从微观结构和宏观形貌上设计毫米级球形多孔炭，并关联其微观结构、宏观形貌和性能将成为未来的研究重点。本文从微观结构控制和宏观形貌设计的角度出发，采用溶胶凝胶法、硬模板法和相分离法成功制备出一系列结构和性能迥异的毫米级的球形多孔炭。通过对前驱体和反应条件的控制，对球形多孔炭的粒径、孔结构和表面化学进行调控，研究了所制备的球形多孔炭的元素组成、热稳定性、亲水性和ζ-电位等物理化学性质，并进一步探索了球形多孔炭对生物分子、单宁酸和二氧化碳的吸附性能及光热转换性能。 本研究主要内容包括：⑴以间苯二酚和甲醛为炭前驱体，纳米二氧化硅溶胶为硬模板，结合溶胶凝胶法与硬模板法，利用悬浮聚合技术，制备出表面光滑、粒径可控、微观孔结构可控的毫米级球形中孔炭。研究了搅拌转速、二氧化硅溶胶的加入量和二氧化硅颗粒的尺寸对球形中孔炭的宏观形貌及孔结构的影响，考察了球形中孔炭的机械强度、热稳定性、亲水性和生物相容性，然后研究了球形中孔炭对生物分子的吸附行为。结果表明，球形中孔炭具有较高的强度、良好的稳定性、较好的亲水性和良好的生物相容性，为优良的血液灌流吸附剂或者口服吸附剂的应用奠定了基础。⑵以三聚氰胺为含氮前驱体，间苯二酚和甲醛为炭前驱体，纳米级二氧化硅溶胶为硬模板，通过溶胶-凝胶和硬模板相结合的方法制备了氮含量可控的含氮球形中孔炭。系统研究了三聚氰胺和间苯二酚的比例（M/R）对球形中孔炭的孔结构、氮含量和氮元素化学分布状态的影响，同时考察了氮掺杂对中孔炭的热稳定性、亲水性、ζ-电位和对单宁酸吸附性能的影响。结果显示，随着三聚氰胺加入量的增加，球形中孔炭的孔结构基本不变，氮含量逐渐增大，吡啶氮和吡咯氮的含量逐渐增大，季氮和氮氧化物含量逐渐降低。另外，随着氮含量的提高，球形中孔炭的热稳定性逐渐降低，亲水性和润湿性变差，对单宁酸吸附量增大。⑶以聚丙烯腈为原料，采用相分离法，制备了同时具有辐射状微米级孔道和发达微孔结构的毫米级聚丙烯腈基球形活性炭。通过调节聚丙烯腈溶液的浓度、温度和凝固浴的组成，对聚丙烯腈球内部的辐射状微米级孔道进行调控。研究了干燥过程中溶剂残留量对聚丙烯腈球孔结构的影响，并考察了预氧化过程、炭化过程和活化过程对其形貌、孔结构和元素组成的影响。然后以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为造孔剂，通过调节PMMA的用量，调控聚丙烯腈基球形活性炭的孔结构。最后以制备的聚丙烯腈基球形活性炭为吸附剂，研究其对CO2的吸附性能。结果表明，聚丙烯腈基球形活性炭对CO2具有较高的吸附量，温度为0℃时可达3.51mmolg-1。⑷以聚丙烯腈为原料，石蜡油为造孔添加剂，采用相分离法，制备了粒径均一、具有辐射状微米级孔道的毫米级球形中空炭。研究了针头内径、石蜡油添加量和炭化温度对聚丙烯腈球形中空炭的影响。然后考察了聚丙烯腈基球形中空炭的疏水性和光热转换性能。结果表明，改变针头型号能有效控制粒径，改变石蜡油添加量能调控壁厚，随着炭化温度的升高，比表面积和孔容增大，微孔率和炭化收率降低，且聚丙烯腈基球形中空炭具有较低的密度、良好的疏水性和光热转换性能，能漂浮在水的表面，有效提高盐水蒸发的速率。