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纳米纤维素气凝胶因具有高比表面积、低密度、高孔隙率、可再生等优势,在过滤、吸附、隔热及生物医学等领域表现出广阔的应用前景。纳米纤维素气凝胶的制备和高附加值应用是国内外研究的热点。本论文以漂白针叶木浆为原料,采用酶预处理-球磨-高压均质和超微粒研磨这两种技术路线,分别制备了两种纳米纤维素（CNF-B和CNF-G）,系统地分析比较了CNF-B和CNF-G的物化性能差异;并将纳米纤维素悬浮液通过定向冷冻干燥的方法制备了纯纳米纤维素气凝胶（CG）,研究了纳米纤维素形态结构、性能及纳米纤维素悬浮液浓度对气凝胶微观结构和力学性能的影响;最后将纳米纤维素悬浮液与纳米二氧化硅（Si O2）颗粒共混经定向冷冻干燥制备了复合气凝胶（CSGs）,探究了纳米Si O2颗粒的添加量对CSGs物化性能的影响。同时分别将CG和CSGs应用于卷烟滤嘴,探讨了CG与CSGs对烟气有害成分的吸附。通过定向冷冻干燥制备的CG及CSGs具有规则的片层结构,因而有利于卷烟烟气的流动,降低抽吸阻力。该研究为纳米纤维素的高值化利用提供了新的思路。（1）首先通过酶预处理-球磨-高压均质工艺路线制备了纳米纤维素CNF-B,并分析了CNF-B在制备过程中纤维形态、聚合度、结晶度及表面结构等物理化学性能的变化规律。研究表明,纤维长度、直径、聚合度及结晶度随球磨时间的增加呈下降趋势。将球磨后的纤维经过高压均质处理后,纤维长度进一步变短,尺寸变得更为均匀。然后,利用超微粒研磨机制备了纳米纤维素CNF-G,分析了磨盘间隙及研磨次数对纤维形态、聚合度、结晶度及表面结构的影响。研究表明,CNF-G长径比大,呈高度缠绕状态。随着磨盘间隙减小及研磨次数增加,纤维长度、直径、聚合度及结晶度逐渐下降,但纤维的晶型和表面结构并未遭到严重破坏。（2）以制备的CNF-B和CNF-G为原料,研究了纳米纤维素悬浮液浓度对气凝胶微观结构和力学性能的影响。由于CNF-B纤维较短且无缠绕,无法形成三维网络稳定结构,导致制备的纳米纤维素气凝胶全部坍塌。而CNF-G长径比高,且制备过程中的研磨作用使纤维缠绕紧密,因此制备的纳米纤维素气凝胶结构相对规整。CNF-G悬浮液浓度从0.2%增加到1.0%时,制备的纳米纤维素气凝胶逐渐致密,此时气凝胶密度从2.22 mg/cm3增加到10.09 mg/cm3,孔隙率从99.86%下降到99.37%。纳米纤维素气凝胶孔隙直径随着纳米纤维素悬浮液浓度的增大而变小,但是其压缩性能逐渐增强。当压缩应变为80%时,平行于冰晶方向（径向）的压缩应力为0.51～69.82 k Pa。由于纳米纤维素悬浮液被定向预冷冻,因此所得纳米纤维素气凝胶表现出各向异性。径向方向的强度较高,垂直于冰晶方向（轴向）的形变恢复性能较好。将制备得到的纯纳米纤维素气凝胶（CG）完全替代商品烟的滤嘴,研究了其对卷烟烟气的吸附效果。烟气抽吸实验的结果表明CG可以明显降低烟气中总粒相物（TPM）、焦油、烟碱及CO的释放量。（3）为进一步提高纳米纤维素气凝胶对卷烟烟气的吸附效果,将CNF-G与纳米Si O2颗粒以不同配比共混,经液氮定向预冷冻后冷冻干燥制备了复合气凝胶CSGs。研究了纳米Si O2添加量对复合气凝胶微观结构、力学性能、化学结构以及热稳定性等的影响。结果表明,纳米Si O2颗粒的添加没有破坏复合气凝胶的三维结构。纳米Si O2添加量从0增加到80%时,CSGs逐渐致密,密度从6.45 mg/cm3增加到11.34 mg/cm3,孔隙率从99.59%下降到99.44%。随着纳米Si O2添加量的增加,CSGs的压缩性能逐渐增强,当纳米Si O2添加量为80%时,因纳米Si O2大量沉积在气凝胶表面使得复合气凝胶的压缩性能略有下降。压缩应变为80%时,径向方向的压缩应力为17.85～56.8 k Pa;轴向方向的压缩强度较低,但压缩恢复性能优于径向。经X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线能谱分析（EDS）证实,在CSGs内纳米Si O2物理沉积于纳米纤维素形成的三维网络结构表面,并未产生新的化学结构。纳米Si O2的添加,会提高CSGs的热稳定性。将复合气凝胶CSGs完全替代商品烟的滤嘴,研究了其对卷烟烟气的吸附效果。烟气抽吸实验的结果表明CSGs可以明显降低烟气中TPM、焦油、烟碱及CO的释放量,且随着纳米Si O2添加量的增加,TPM、焦油、烟碱的释放量逐渐降低。与商品烟相比,TPM、焦油、烟碱及CO的释放量降低率分别为30.6%～90.25%、35.1%～92.08%、49.32%～95.02%、9.37%～22.59%。这表明纳米纤维素-纳米二氧化硅复合气凝胶CSGs截留烟气有害成分的效果十分明显,可以作为香烟滤嘴材料的选择之一。