随着科学技术的不断进步和工业的迅速发展,水污染的问题越来越严重。尽管排放的废水都经过一定的处理,但是仍然含有难以生物降解的染料和重金属离子等。在众多的染料和重金属离子的去除方法中,吸附法由于其操作简单、能耗低和吸附剂可重复利用等优点成为废水处理的研究热点。吸附剂的选择对吸附作用至关重要。传统的吸附材料选择性差、吸附效率低、表面积小、吸附位点少,因此,纳米吸附材料受到越来越多的重视。与传统的吸附材料相比,纳米吸附材料表面积大、吸附位点多、吸附效率高。纤维素是天然的可再生资源,由其制备的纳米纤维素不但具有纤维素的基本结构和优良性能,而且还具有纳米颗粒的特性,例如大的比表面积、高弹性模量和反应活性。通过对其改性,可以获得具有优良吸附性能的纳米纤维素吸附材料。本论文以纳米纤维素和含氨基的高分子化合物为原料,制备了纳米纤维素基复合凝胶,并研究了其对阴离子染料和重金属离子的吸附性能。首先,利用64%浓硫酸水解漂白阔叶木硫酸盐浆（BHKP）制备纳米纤维素（NCC）,利用NaIO₄氧化NCC,制得双醛纳米纤维素（DANC）,然后通过席夫碱反应,将聚乙烯胺（PVAm）与DANC交联,制备得到表面含有大量氨基基团的纳米纤维素-聚乙烯胺（NCC-PVAm）微凝胶。利用FT-IR、元素分析、XRD及AFM等对微凝胶结构性能进行表征,并探讨了NCC-PVAm微凝胶在不同pH下的Zeta电位和润胀率。FT-IR分析表明,NCC分子链上的羟基被部分氧化成醛基。DANC和PVAm发生反应,出现新的C=N的伸缩振动峰,说明成功制备出NCC-PVAm微凝胶。XRD分析表明,NCC经NaIO₄氧化后纤维素-Ⅰ仍保持晶体结构,但结晶指数从63.0%降到56.3%,而NCC-PVAm微凝胶的结晶度几乎完全消失。AFM观察表明,NCC-PVAm微凝胶是由粒径在200-300 nm的微球粒子组成。由于氨基的质子化,在低的pH值下,微凝胶的Zeta电位为正值。随着pH值的增加,由于表面氨基的去质子化和羧基的解离,Zeta电位逐渐降低并变为负值。将NCC-PVAm微凝胶作为吸附剂,吸附水体中的阴离子染料（包括赛马士德大红染料、刚果红染料、活性嫩黄染料）和重金属离子(括Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺),通过改变吸附体系中的pH、吸附时间和吸附质的浓度,研究NCC-PVAm微凝胶对水体中的阴离子染料和重金属离子的吸附性能和机理。结果表明在酸性条件下NCC-PVAm微凝胶对阴离子染料的吸附效果最好。NCC-PVAm微凝胶用量为0.5g/L,染料浓度为100 mg/L时,对三种染料的去除率均达到100%。NCC-PVAm微凝胶对三种阴离子染料的吸附过程都遵循准二阶动力学模型,相关系数R²均在0.99以上,通过模型计算出的吸附容量与实验结果非常一致。NCC-PVAm微凝胶吸附三种不同阴离子染料,得到的吸附等温线都符合Sips吸附等温线方程。对赛马士德大红染料、刚果红染料、活性嫩黄染料的最大吸附量分别是896.1 mg/g、1469.7 mg/g和1250.9 mg/g,其中对刚果红染料的吸附性能最好。pH为2时NCC-PVAm微凝胶对Cr⁶⁺的吸附效果最好,而对Cu²⁺、Pb²⁺的最佳吸附pH为6。NCC-PVAm微凝胶对三种重金属离子的吸附遵循准二阶动力学模型,相关系数R²均为0.98以上,利用模型计算出的吸附容量与实验结果非常一致。NCC-PVAm微凝胶吸附三种重金属离子,得到的吸附等温线都符合Sips吸附等温方程,且对Cr⁶⁺的吸附性能最好。DANC上的醛基与壳聚糖（CS）上的游离氨基通过希夫碱反应交联,得到一种表面光滑、柔软、有弹性的淡黄色凝胶即为NCC-CS复合凝胶。利用FT-IR、AFM、元素分析等对NCC-CS复合凝胶的结构性能进行表征。元素分析得知,随着CS比例的增加,O元素含量逐渐减小,可能是由于DANC中的醛基与CS中的氨基发生了席夫碱反应,生成了水,说明了DANC与CS成功交联,制备得到了NCC-CS复合凝胶。从FT-IR红外谱图中可知,DANC上的醛基与CS上的游离氨基发生了席夫碱反应生成亚胺基团,成功制备出NCC-CS复合凝胶。将NCC-CS复合凝胶作为吸附剂,吸附水体中的Cr⁶⁺。结果表明,Cr⁶⁺的最佳吸附pH为2。NCC-CS复合凝胶对Cr⁶⁺的吸附过程符合准二阶动力学模型和Sips吸附等温线方程,最大吸附量为169.42 mg/g。