碳纳米管由于其优异的力学、电学、热学、吸附等性能,广泛应用于纳米复合材料、传感器、柔性电极、纳滤材料和吸附材料等领域。但碳纳米管（CNT）宏观体（如CNT薄膜）性能较弱,原始的CNT薄膜为疏水性,难以实现循环利用,严重限制CNT薄膜的应用。亲水性、高强度、高电导率且可循环利用的CNT薄膜的制备是CNT应用和资源可持续发展的关键难题。本文通过原位氮掺杂改性和硫醇-烯烃（thiol-ene）点击反应表面改性CNT薄膜,制备了系列亲水性碳纳米管（HCNT）薄膜,研究了浸润性、力学、电导率和循环利用性能,并探索了在稀土吸附、染料吸附和油水分离方面的应用。具体研究内容如下:（1）HCNT薄膜的制备。通过原位氮掺杂和硫醇-烯烃（thiol-ene）点击反应表面改性两种方法制备五种不同的HCNT薄膜。通过接触角测量仪（DSA）、拉曼光谱仪（Raman Spectrometer）和扫描电镜（SEM）和机械性能等技术研究系统研究了HCNT薄膜的亲水性、结构、形貌和力学性能。结果表明,所制备的五种HCNT薄膜相比原始的碳纳米管薄膜,均实现了疏水性到亲水性的转变,拉伸强度、杨氏模量和电导率均有显著提升。其中,使用巯基化合物（HT-BM）表面改性制备的HCNT-5薄膜具有最好的性能,最大拉伸强度、杨氏模量和电导率分别为166.6 MPa、31.8 GPa和468.8 S/cm,相比原始的CNT薄膜分别提高了633.9%、925.8%和121.2%。CNT薄膜结构和形貌,证明五种HCNT薄膜均功能化成功。（2）HCNT薄膜的循环利用。系统研究三种巯基化合物结构和用量表面改性HCNT薄膜力学和电学性能（包括拉伸强度、杨氏模量和电导率）的影响规律。结果表明:HCNT薄膜的拉伸强度、杨氏模量和电导率均显著提升,且随着巯基化合物用量的增加,三种结构的巯基化合物均呈现先增加后降低的变化趋势。其中,芳香族巯基化合物2,2,2-（1,3,5）-三苯基硫醇均三嗪（HT-BM）功能化的薄膜（HCNT-54）的最佳拉伸强度、杨氏模量和电导率分别为353.5 MPa、70.9 GPa和725.6 S/cm。采用Raman光谱、XPS、元素分析、TGA和SEM等手段对功能化CNT薄膜的结构、组成和形貌进行表征。巯基化合物与CNT通过thiol-ene点击反应形成的稳定共价结构,可提供有效的负载转移和电子传输,从而提高拉伸强度、杨氏模量和电导率。研究HCNT-54薄膜降解后的CNT薄膜和降解再经点击反应功能化CNT薄膜的力学性能,结果发现:向HCNT-54薄膜中引入的可降解的三嗪环可实现对功能化CNT薄膜的降解;再通过点击反应修饰又可实现薄膜高性能的恢复;经三次降解循环得到的薄膜的拉伸强度和模量高达300.6 MPa和60.9 GPa,相比原始的薄膜强度和模量下降了19.4%和22.4%。因此,利用环三嗪巯基化合物通过点击反应功能化CNT薄膜可实现亲水性、高强度、高电导率及可循环利用CNT薄膜的制备。（3）HCNT薄膜的吸附和分离应用。研究HCNT薄膜的吸附和分离性能;研究三种功能化HCNT薄膜对稀土元素（REEs）的吸附回收效率;探索固相萃取条件对功能化HCNT薄膜稀土回收率的影响;研究HT-BM表面改性的HCNT-c薄膜对罗丹明B（RB）和亚甲基蓝（MB）两种染料的吸附性能和水/油乳液的油水分离性能。结果表明:三种HCNT薄膜均可用于稀土吸附回收。其中,HCNT-c薄膜在稀土溶液p H=7.0、蠕动泵流速为0.2 m L/min、1.0 mol/L的HNO3洗脱液的固相萃取条件下,15种REEs的回收率均超过80%,La的吸附回收率高达93.86%。该薄膜5次循环后对La的吸附回收率仍高达80.32%。HCNT-c薄膜对RB和MB这两种染料的最佳吸附效率高达98%和95%;对水/油乳液具有优异的分离效果,且HCNT-c薄膜具有良好的染料吸附和油水分离循环使用性。采用Raman光谱、SEM和BET对点击反应功能化后的CNT薄膜的结构、形貌和比表面积进行表征,结果表明:通过点击反应成功制备的HCNT薄膜,浸润性有了很大改善,其较高的比表面积,可提供较多吸附位点。因此,点击反应所制备的HCNT-c薄膜具有良好的浸润性和吸附性能,可应用于稀土/染料吸附和油水分离。