现代工业生产如矿山、冶金、化工等行业广泛存在着大量含有硫酸根的废水,硫酸根废水的处理对生产和环境均具有积极的意义,吸附法处理硫酸根具有多种优点和开发前景。壳聚糖是自然界第二大可再生资源,具有良好的生物降解性能,对环境友好,同时具有较多的活性基团利于改性,被广泛应用为处理各种废水的吸附剂。本研究将硫酸根的处理与壳聚糖的改性相结合,首先对壳聚糖与硫酸根的作用力进行量子计算,为吸附提供理论支持;然后对壳聚糖吸附硫酸根进行研究,并针对其不足进行改性方法的探索;最后通过乳化交联、金属锆负载改性以及质子化改性的方法制备了用于处理硫酸根的壳聚糖基吸附材料,研究了吸附材料的制备、性能及机理,以期获得硫酸根的优良改性壳聚糖吸附材料,同时该研究将为壳聚糖在无机阴离子领域的应用提供研究思路和方法,为其他无机有毒有害的阴离子提供参考。论文取得了以下创新性成果:　　(1)对壳聚糖单体与硫酸根的相互作用体系进行了结构优化。分别选择壳聚糖与质子化壳聚糖与硫酸根以不同方式结合组成的六种相互作用体系,以质子化壳聚糖氨基结合硫酸根构型最稳定,结果表明壳聚糖对硫酸根的吸附主要是质子化的氨基对于硫酸根的静电引力作用。　　(2)研究了壳聚糖吸附硫酸根的规律和机理。壳聚糖对于硫酸根的吸附过程即水溶液中的硫酸根小分子进入壳聚糖大分子空隙而发生溶胀的过程。壳聚糖氨基氮原子具有亲核活性,可结合水溶液中的氢离子成为质子化氨基,对硫酸根电离出的硫酸氢根发生静电引力吸附,吸附量接近理论值476mg/g。　　(3)揭示了甲醛-苯甲醛交联壳聚糖和甲醛-戊二醛交联壳聚糖的交联反应机理。壳聚糖与甲醛主要发生氨基和醛基的希夫碱反应,甲醛醛基和壳聚糖氨基、羟基的分子间以及分子内交联反应。苯甲醛为第二交联剂时,主要与剩余氨基发生希夫碱反应;戊二醛为第二交联剂时,戊二醛的两个醛基同甲醛反应类似,同壳聚糖的剩余氨基、羟基之间也可发生分子间以及分子内交联反应。在两种制备体系中,交联剂之间的竞争机制不同:苯甲醛主要与甲醛竞争氨醛缩合反应位点,它的加入有效提高吸附性能;而戊二醛的加入主要与甲醛竞争交联反应位点,它的加入有效提高壳聚糖的抗酸性能。　　(4)揭示了锆负载甲醛-苯甲醛交联壳聚糖和质子化甲醛-戊二醛交联壳聚糖的两种吸附材料的吸附反应机理:对于锆负载交联壳聚糖,交联壳聚糖与金属Zr(IV)发生络合,硫酸根在吸附的过程中是通过同锆离子的配位而进行吸附的,吸附量随着锆负载量的提高而增大,吸附过程还存在着质子化氨基对硫酸根的静电吸附作用。对于质子化交联壳聚糖,交联壳聚糖用盐酸进行质子化时,可以形成壳聚糖氨基氯盐,吸附硫酸根的过程就是硫酸根和氯离子发生离子交换的过程。　　(5)揭示了两种改性吸附剂的吸附机理:锆负载甲醛-苯甲醛交联壳聚糖的吸附过程为Langmuir型吸附,是一化学吸附过程,优化条件下的饱和吸附容量为78.74 mg/g。整个吸附过程是一个自发进行的放热反应,整个吸附过程的速率由颗粒内扩散和化学吸附反应两步骤共同控制。质子化甲醛-戊二醛交联壳聚糖的吸附过程表现为Langmuir型物理吸附过程,整个吸附过程是一个自发进行的放热反应。优化条件下的饱和吸附容量为133.87mg/g。整个吸附过程的速率由膜扩散和颗粒内扩散两步骤共同控制。