我国水体受到污染越来越严重,尤其是重金属的污染危害更是日益加剧,严重危害人类以及水体生物生存。由于重金属离子的难降解性和沉积性,一般比较难以处理,吸附法是一种既经济又高效的的治理重金属离子的方法。在自然界中,天然的高岭石矿物具有比表面积大,表面活性吸附位点多,带永久性负电荷,成本低等优点,是比较理想的重金属离子吸附剂。目前,针对重金属离子的治理与研究,基本上以试验为主,采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法从矿物结构理论方面进行计算分析的较少,高岭石吸附重金属离子的吸附机理还不够明确。本论文采用量子化学方法的计算模拟软件Materials Studio,利用软件中CASTEP模块进行计算分析,探讨了高岭石最稳定解离面（001）晶面吸附重金属的结合能以及电子特性等,研究了高岭石与Pb的化学吸附机理和吸附特性。高岭石晶体的禁带宽度大,价带和导带不易发生电子跃迁,属于绝缘体,其内部的电荷具有不平衡性,铝氧八面体层表现出较多的正电性,硅氧四面体层表现较多的负电性,其中Si-O键的共价性强于Al-O键的共价性,作用强度较高,较难断裂,Si-Ob的布局值小于Si-Oa的布局值,Si原子对O原子相对于Al原子对O原子具有更强吸引力,O原子与Si原子之间的作用强度更强,所以,高岭石晶体易于沿（001）面解离。优化后的（001）-Si晶面的O原子逐步向费米能级周围移动,O原子的活性更强。解离后（001）-Si晶面带有较多负电荷,更容易与阳离子发生吸附作用;位于（001）-Si晶面的O原子和平行于（001）-Al晶面羟基（-OH）中O原子较其他原子具有更强反应活性;垂直于（001）-Al晶面羟基（-OH）中H原子具有更强的反应活性。单个Pb离子吸附在高岭石（001）面两个吸附位点顶位（top）和桥位（bridge）上吸附较稳定,其中桥位较顶位吸附更稳定。吸附动力学与吸附热力学拟合表明,Langmuir方程拟合吸附动力学的效果更好,Bangham方程拟合吸附热力学效果更好,Pb²⁺与高岭石吸附是单分子层吸附且吸附容量较大。高岭石吸附Pb²⁺的吸附量随着pH增大而增加。高岭石表面吸附Pb²⁺的化学反应,其矿物表面含有>J-OPbOH和>J-OH两种化合态。高岭石吸附Pb²⁺的反应前后,矿物表面的Si-Si/Si-O键的极性有一定改变,也证明了高岭石吸附Pb²⁺是稳定的。