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工业和人类生活产生的固体或液体颗粒物排放到大气中，形成大气颗粒物(particulatematter, PM)造成能见度低、诱发各类疾病。PM分离材料的研制，引起人们的关注。由于三维有序大孔(three-dimensionally ordered macroporous，3DOM)材料:孔径大小可以针对目标分离物进行调控;网络状的孔结构可以提高分离精度。因此，3DOM材料可以选择性、高效分离PM。本研究制备三维有序氧化铈(3DOM-CeO2)材料应用于分离大气中的PM2.5。 本文首先用分散聚合法制备微米级聚苯乙烯(PS)微球。在不同条件下自组装成PS胶体晶体模板。再用含铈的前驱体填充模板，煅烧成3DOM-CeO2材料。其次，用分离实验检测3DOM-CeO2的选择性分离特性、膜通量及分离精度。利用红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)、衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及激光粒度分布仪等对样品的微观形貌进行表征。ASAP-2010C自动吸附仪和Poromaster GT-60自动压汞仪等对样品的孔结构进行表征。本文主要研究内容如下: (1)以苯乙烯(St)为单体、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，通过分散聚合法合成微米级PS微球。探究聚合体系中乙醇/水体积比，单体及分散剂浓度对PS球径大小及粒径分布的影响。SEM显示PS微球粒径分布均匀且呈单分散性。当体系的溶解参数值较小时，才能合成微米级的PS。随着St浓度增加，PS微球粒径增大但容易出现“二次成核”。随着PVP浓度增加，PS微球粒径反而减小。 (2)不同PS乳胶液浓度、环境湿度及温度下，2.5μm的PS微球自组装成PS胶体晶体模板，其模板上出现大面积由1个PS微球同周围6个微球紧密排列结构。随着PS乳胶液质量分数增大容易获得高质量的PS胶体晶体模板。当实验环境的湿度较大时，模板容易出现空位缺陷。温度是影响模板排列有序度转变的主要因素。 (3)铈前驱体/PS胶体晶体模板的复合物煅烧获得3DOM-CeO2材料。TEM和SEM显示，该材料反向复制出PS胶体晶体模板的六方排列结构:CeO2网络结构中的孔径约为2μm;一个孔与其相邻的几个孔连通成相互交错的网络状结构。铈浓度由0.05 mol/L增加至0.15 mol/L，3DOM-CeO2网络孔结构越完整。当煅烧温度从550℃升至600℃时，CeO2网络骨架收缩程度增大甚至坍塌。 (4)在自制的分离装置中模拟PM2.5的分离实验。SEM和Poromaster GT-60显示，Al3O2/SiC基底通透性好，对流体产生的阻力小。经测试3DOM-CeO2活性层的膜通量为:619.32 L/h·m2，这表明活性层的渗透性好、处理能力强。激光粒度分布仪测试分离后PS粒径约为300 nm。这说明3DOM-CeO2活性层的分离精度高。