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碳纳米管是碳家族中新的一员，它中空的层状结构、大的比表面积、良好的化学稳定性和热稳定性等优点，使其作为吸附材料和载体材料在储氢、污水处理和化学催化等方面具有重要的应用价值。本论文研究了不同方法制备的碳纳米管、不同氧化剂处理的碳纳米管以及沉积了金属氧化物的碳纳米管对污水中氟离子、铅离子、铜离子和镉离子的吸附能力，并讨论了影响吸附的各个因素。另外，利用碳纳米管作为模板，沉积了二氧化铈，将其与Pt/C混合后，研究了它们作为质子交换膜燃料电池的催化剂对CO中毒的抵抗能力。
不同方法制备的碳纳米管对氟离子的吸附结果表明，碳纳米管本身就具有很高的吸附氟离子的能力。碳纳米管沉积氧化铝吸附氟离子时，其吸附能力受到材料的制备温度、氧化铝的沉积量和溶液的pH值的影响。在制备温度为450℃、Al2O3沉积量为30wt％、pH值7.0和氟离子平衡浓度10mg/L时，碳纳米管沉积氧化铝对氟离子的平衡吸附量达到14.3mg/g，是γ-Al2O3对氟离子吸附量的3.8倍，是活性炭的14.3倍。碳纳米管沉积氧化铝吸附氟离子的动态研究表明，它对氟离子的吸附是二级反应。
用硝酸氧化处理碳纳米管能增加碳纳米管的比表面积和表面官能团，因而大大增加了碳纳米管对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附能力，氧化后碳纳米管对Pb2+、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量分别比原始碳纳米管提高了15.0倍、2.6倍和3.6倍。不同方法制备的碳纳米管对Pb2+的吸附能力遵从以下顺序：立式炉碳纳米管＞卧式炉碳纳米管＞定向碳纳米管＞浮动碳纳米管；解吸附的结果表明：利用硝酸和盐酸调整溶液的pH值时，被碳纳米管吸附的Pb2+很容易解吸附，而碳纳米管对Pb2+反复吸附/解吸附后，其吸附Pb2+的能力基本不变，由此说明碳纳米管具有良好的可重复利用性。
采用立式炉碳纳米管进行了Pb2+、Cu2+和Cd2+的竞争吸附研究，结果表明，碳纳米管对三种重金属离子的亲和力顺序为：Pb2+＞Cu2+＞Cd2+。离子强度对碳纳米管吸附三种离子的影响非常大，说明碳纳米管对金属离子的吸附是离子交换机制。
碳纳米管对Pb2+和Cu2+的吸附热力学研究表明，碳纳米管对Pb2+和Cu2+的吸附是吸热反应，并且是一个自发进行的过程。碳纳米管对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附动力学研究表明，碳纳米管吸附Pb2+达到平衡所需的时间为100min，Cu2+为70min，Cd2+为30min，准二级速率方程能准确的描述碳纳米管对Pb2+、Cu2+和Cd2+吸附的动力学行为。
利用碳纳米管作为模板，不仅能制备尺寸为纳米级、均匀分布在碳纳米管表面上的CeO2颗粒，而且还能制备CeO2纳米管。将CeO2/CNTs与Pt/C机械混合后，用作质子交换膜燃料电池的催化剂，研究了这种催化剂对CO中毒的抵抗能力，结果表明，加入CeO2/CNTs，燃料电池的催化剂抵抗CO中毒的能力有了显著的提高，在电流密度为1000mA/cm2时，其电压仍能达到450mV，与Pt/C作为催化剂、纯氢作为燃料的电池的性能相近。