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随着社会的进步和经济的持续发展,来自于农业、工业和能源产业的大量未处理或者部分处理的含高毒性有机污染物和难降解重金属离子的废水被直接排放到生态系统中,造成了严重的水污染。本课题即是在此背景下,结合新型纳米材料的吸附方法,实现复杂体系废水的深度净化和目标污染物的选择性去除。在本文中,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料为基材,结合激光雕刻和多板层的热压键合技术设计加工了聚焦流式(flow-focusing)微流控芯片,并以此为基础搭建了微流控微液滴在线观测系统平台和微流控并联放大系统平台,分别实现了微液滴制备过程及微液滴尺寸和形貌的在线观测,以及吸附微球从制备、交联到功能化修饰的一体化批量生产。此外,基于所观测到的多阶段微液滴形成过程(包括颈缩、剪切和成球阶段),通过对分散相中壳聚糖含量以及分散相和连续相流速比的调控,实现了壳聚糖微液滴在可控粒径变化范围(911.3 μm～1522.5 μm)内的稳定制备。基于微流控微液滴制备技术、离子印迹技术和功能性官能团表面修饰技术,以天然生物质壳聚糖为原材料,制备了多种壳聚糖基吸附微球(壳聚糖微球、离子印迹壳聚糖微球和聚乙烯亚胺(PEI)改性壳聚糖微球),并将其用于以Cu离子为代表的重金属离子吸附研究。研究结果表明,三种壳聚糖微球均表现出出众的单分散特性(Dav=378μm～430 μm,CV<2.7%)和吸附特性(qm=75.52 mg g-1～145.92 mg g-1)。吸附动力学和等温吸附研究结果表明壳聚糖基微球对Cu离子的吸附过程是一个以化学吸附为主并伴随有物理扩散作用的3阶段的复杂过程。除此之外,三种壳聚糖基吸附微球也表现出良好的机械强度(0.26 MPa～0.348 MPa)、再生性能(71.2%～92.3%)和对目标Cu离子的选择吸附特性。随后,借助于离子尺度效应、金属元素电负性以及密度泛函(DFT)分析方法分别从定性和定量地角度揭示了壳聚糖基吸附微球对Cu离子的选择吸附机理。最后,利用羧甲基壳聚糖和明胶复合体系代替壳聚糖单体系,基于反相乳液法和两步交联过程研发了具有高比表面积和内部多级孔结构的两亲性的羧甲基壳聚糖/明胶复合微球(CCGMs),并在pH诱导条件下实现了以甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)为代表的阴阳离子染料的高效选择性吸附(MO:qm=383.142 mg g-1;MB:qm=584.795 mg g-1)。该复合吸附微球有望成为复杂体系染料废水处理中一种极具潜力的高性能吸附材料。